Un nuevo enfoque para superar el artefacto de movimiento cuando se utiliza un contraste de punto láser sistema de imagen para alternar la velocidad de la microcirculación sanguínea
30 de agosto de 2017
Este estudio introduce una nueva técnica para la medición y análisis de alterna velocidades de la microcirculación de la sangre en un solo experimento utilizando a un toner laser speckle contraste.
El objetivo general de este experimento es introducir un enfoque para superar el artefacto de movimiento cuando se utiliza un sistema de imágenes de contraste de moteado láser para velocidades alternas de la microcirculación sanguínea. Este método puede ayudar a los investigadores a responder preguntas clave en el campo de las respuestas dinámicas de la sangre, en particular, cuando se busca determinar con certeza el efecto de alternar las velocidades de la microcirculación sanguínea en un solo experimento. La principal ventaja de esta técnica es que supera una de las principales deficiencias de la LSCI, que es la alta sensibilidad al movimiento de los artefactos.
Las implicaciones de esta técnica nos han permitido evaluar diferentes modos de estimular la circulación sanguínea. Esto es clínicamente relevante, ya que se ha propuesto una relación entre el aumento de la microcirculación y la reducción del edema en poblaciones postquirúrgicas, como los pacientes con reemplazo total de cadera. Este método puede proporcionar información sobre la dinámica de la microcirculación, por lo que también podría aplicarse a otros experimentos, como los que buscan dispositivos de monitoreo que promueven la cicatrización de heridas.
Por lo general, las personas que no estén familiarizadas con este método tendrán dificultades porque el LSCI es muy sensible al movimiento de los artefactos, por lo que la detección de cambios microcirculatorios no será posible a menos que la parte del cuerpo se mantenga completamente quieta. La primera vez que tuvimos la necesidad de desarrollar este método fue cuando observamos el efecto de la estimulación eléctrica neuromuscular de la pantorrilla y la compresión neumática intermitente sobre la microcirculación del muslo. Encontramos que había movimiento de la pierna.
La demostración visual de este método es fundamental, ya que el protocolo experimental podría ser difícil de visualizar y, por lo tanto, difícil de replicar. Para empezar, conecte la fuente de alimentación, el USB y la interfaz FireWire al panel trasero del moorFLPI LSCI. A continuación, ensamble el brazo de soporte del escritorio con cuatro tornillos con el moorFLPI LSCI al revés y fijado al brazo de soporte.
Una vez colocado, gire el soporte de montaje para obtener imágenes hacia abajo. Haga que el participante se siente en una habitación con temperatura controlada durante 10 minutos antes de cualquier prueba para que pueda adaptarse a la temperatura ambiente. Asegúrese de que no haya fuentes fuertes de luz artificial o luz solar que incidan sobre el participante, ya que la luz ambiental podría afectar el moorFLPI cerca de la fuente láser infrarroja, que opera a 780 nanómetros.
Pruebe la aceptabilidad de la luz de la habitación abriendo la ventana de configuración de imágenes y obstruyendo el láser. Si la imagen es casi completamente negra, no se requieren más pasos. De lo contrario, reduzca aún más la luz ambiental.
Asegúrese de que el participante esté relajado durante toda la evaluación. Pídales que coloquen los pies planos en el suelo y eviten cualquier conversación durante la prueba. Ahora, coloque ocho centímetros cuadrados de un parche opaco adhesivo en el área de la piel para enmascarar el flujo sanguíneo y para tener en cuenta el inconveniente del movimiento de los artefactos.
Abra el software de imágenes y seleccione el procesamiento espacial para una captura de 25 fotogramas por segundo a 152 x 113 píxeles. A continuación, seleccione la medición de imagen en vivo. Ajuste la posición del generador de imágenes para que esté a 20 centímetros del participante.
Además, ajuste el zoom, el enfoque y el polarizador para minimizar la reflexión especular. La imagen debe aparecer bastante plana y sin rasgos distintivos. Establezca un tiempo de exposición de 20 milisegundos para una alta sensibilidad a cambios pequeños y bajo flujo.
Utilice una velocidad de visualización de 25 hercios y una constante de tiempo de 0,3 segundos para tener en cuenta los cambios rápidos en el flujo sanguíneo y lograr un contraste óptimo mediante la reducción del ruido de la imagen. A continuación, cree dos regiones de interés de igual tamaño denominadas ROI 1 y ROI 2. Alinee el ROI 2 de modo que esté dentro de los ocho centímetros cuadrados de la mancha opaca en la piel del sujeto.
Tenga cuidado de que los ROI no se intercambien, pero manténgalos cerca, dentro de dos a cuatro centímetros para reducir la necesidad de volver a centrar en caso de que cualquier movimiento mecánico resulte en que el ROI 2 ya no esté en el área opaca. Finalmente, establezca el valor de ganancia entre 70 y 80. Esto reducirá la precisión perdida en áreas de baja y alta intensidad.
Registre la medición del flujo sanguíneo en formato de vídeo y guárdela para su análisis sin conexión mediante un módulo de revisión de imágenes. Una vez grabado, abra el software de revisión de imágenes moorFLPI y cargue el video para su análisis. Calcule el flujo medio dentro de los ROI siguiendo una serie de registros del flujo sanguíneo medio.
El ROI 1 es la medición real del flujo sanguíneo de la piel, y el ROI 2 es la señal cutánea moteada por láser retrodispersada del parche opaco. Cuando no se configuran correctamente, las imágenes de flujo y moteado sin procesar dan como resultado una alta ganancia con poca visibilidad, lo que resultará en una medición del flujo sanguíneo menos precisa. Si se configura correctamente, como se muestra en este protocolo, las imágenes resultantes tienen la máxima visibilidad para obtener un resultado fiable.
Las imágenes configuradas correctamente dan como resultado una definición clara entre el flujo sanguíneo lento y el flujo sanguíneo rápido. Esto se logró en un registro continuo de datos de un flujo alterno. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en 20 minutos si se realiza correctamente.
Al intentar este procedimiento, es importante recordar que las mediciones de flujo se realizan en relación con una línea de base de referencia. En el caso de esta metodología, se introduce como referencia la etapa de descanso. Por lo tanto, el flujo sanguíneo en una etapa rápida y otra lenta se expresa como un cambio porcentual con respecto a una etapa basal o de reposo.
Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo del análisis microcirculatorio sanguíneo exploraran la eficacia de diferentes tipos de dispositivos que tienen como objetivo aumentar el flujo microcirculatorio. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo medir las velocidades alternas de la microcirculación sanguínea usando LSCI y cómo superar cualquier artefacto de movimiento que pueda afectar el resultado si no se tiene en cuenta correctamente.
Resumen
Este estudio presenta una técnica novedosa para medir y analizar velocidades alternas de la microcirculación sanguínea utilizando un imagenador de contraste de moteado láser. El método aborda los artefactos de movimiento que pueden afectar los resultados, proporcionando un enfoque confiable para los investigadores.
Componentes Clave del Estudio
Área de la Ciencia
- Neurociencia
- Microcirculación
- Técnicas de imagen
Antecedentes
- Los artefactos de movimiento pueden afectar significativamente los resultados de la imagen de contraste de speckle láser (LSCI).
- Comprender la microcirculación sanguínea es fundamental para aplicaciones clínicas, como la recuperación postquirúrgica.
- Estudios previos indicaron la necesidad de métodos mejorados para medir la dinámica del flujo sanguíneo.
- La LSCI es sensible al movimiento, lo que dificulta las mediciones precisas.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un método que minimice los artefactos por movimiento en la ICLD.
- Evaluar los efectos de las velocidades alternas del flujo sanguíneo en un solo experimento.
- Proporcionar información sobre la dinámica de la microcirculación relevante en entornos clínicos.
Métodos Utilizados
- Configuración del sistema moorFLPI LSCI con configuraciones específicas.
- Preparación de los participantes en un entorno controlado para minimizar la luz externa.
- Aplicación de un parche opaco para ocultar el flujo sanguíneo durante las mediciones.
- Registro y análisis de los datos de flujo sanguíneo utilizando regiones definidas de interés (ROI).
Resultados principales
- La técnica permite una medición precisa del flujo sanguíneo a pesar del movimiento.
- Se logró una clara diferenciación entre flujo sanguíneo lento y rápido.
- Los resultados indicaron un método confiable para evaluar la dinámica de la microcirculación.
- Las aplicaciones potenciales incluyen dispositivos de monitoreo para la cicatrización de heridas.
Conclusiones
- Este método mejora la fiabilidad de los estudios sobre la microcirculación sanguínea.
- Abre nuevas vías para investigar dispositivos que mejoren el flujo microcirculatorio.
- Una configuración adecuada es esencial para obtener mediciones precisas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La imagen de contraste de moteado láser (LSCI) es una herramienta no invasiva para evaluar el flujo sanguíneo microcirculatorio, pero su alta sensibilidad a los artefactos de movimiento limita su utilidad en estudios fisiológicos dinámicos. Este protocolo presenta un método con un parche opaco adhesivo (POA) para restar la señal de fondo y permitir mediciones confiables de flujos sanguíneos lentos y rápidos alternantes en un solo experimento. Al expresar el flujo como un cambio porcentual respecto a una etapa basal de reposo, este enfoque facilita la eliminación de riesgos mecanicistas en modelos preclínicos de respuesta vascular y cicatrización de heridas.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar hipótesis terapéuticas que implican la modulación del flujo sanguíneo, como los efectos de compuestos vasodilatadores o vasoconstrictores.
- Valor operativo: Proporciona una lectura cuantitativa y reproducible para aclarar vías en modelos de angiogénesis o inflamación.
- Valor predictivo: Apoya la confianza en el blanco al distinguir los cambios en el flujo inducidos por compuestos del ruido inducido por movimiento.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Preparación del ensayo: Prepara sistemas biológicos validados para la cribado de compuestos posteriores mediante el establecimiento de líneas base estables de flujo.
- Resultado cuantitativo: Proporciona mediciones normalizadas de flujo (cambio porcentual respecto a la línea base) adecuadas para modelado de respuesta a la dosis.
- Escalabilidad: Permite imágenes de alto contraste en áreas de piel hasta de 15 cm x 20 cm, posibilitando el cribado multiparamétrico.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Sistema con Relevancia Clínica: Aplicable a modelos de edema posquirúrgico, cicatrización de heridas y recuperación isquémica donde las dinámicas microcirculatorias son fundamentales.
- Continuidad Translacional: Conecta la validación de mecanismos en fase de descubrimiento con la evaluación de eficacia preclínica mediante métricas de flujo consistentes.
- Avance Ajustado al Riesgo: Permite tomar decisiones de avance o interrupción basadas en perfiles de respuesta hemodinámica en lugar de datos confundidos por artefactos.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
El método se integra en la continuidad desde el descubrimiento hasta la fase preclínica, apoyando la validación temprana del blanco mediante fenotipificación hemodinámica e informando la identificación de compuestos líder mediante la alineación de biomarcadores basada en flujo.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre compuestos que afectan el tono vascular o la función endotelial mediante la medición directa del flujo.
- Selección: Permite la estandarización de ensayos al minimizar la variabilidad relacionada con el movimiento, mejorando el factor Z y la confianza en la selección de resultados positivos.
- Análisis: Genera datos de flujo resueltos temporalmente y salidas normalizadas respecto a la línea base, lo que facilita la comparación entre grupos y la modelización estadística.
- Investigación Traductiva: Se conecta con estudios preclínicos de cicatrización de heridas o reperfusión en los que velocidades de flujo alternantes reflejan respuestas a desafíos fisiológicos.
- Reutilización Empresarial: Representa una capacidad de imagen reutilizable en programas de dermatología, enfermedades cardiovasculares y metabólicas que requieren evaluación de la microcirculación.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva al aislar la señal biológica real del artefacto de movimiento en estudios de flujo dinámico.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad y la estandarización entre usuarios y centros mediante la colocación definida de regiones de interés y ajustes de exposición.
- Valor estratégico: Reduce el riesgo biológico en fases avanzadas al mejorar la detección temprana de candidatos ineficaces o proisquémicos.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de compuestos moduladores vasculares basada en perfiles fiables de flujo microcirculatorio.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en imagen óptica y selección de regiones de interés para evitar la contaminación de la señal.
- Depende de una configuración estable del instrumento, incluyendo el LSCI moorFLPI, la interfaz FireWire y un control del alumbrado ambiental.
- Necesita estandarización entre equipos en cuanto a la colocación de la región de interés, la aplicación del parche y el cumplimiento del protocolo basal.
- Las consideraciones de adaptación incluyen la pigmentación de la piel, la cobertura de vello y la curvatura, factores que afectan la adherencia del parche y la uniformidad de la señal.
- Limitación práctica: el método supone que el parche opaco enmascara completamente el flujo sanguíneo subyacente; se requiere validación en tejidos altamente vasculares o pigmentados.
