שיטה ממוחשבת לשחזור כדי לכמת את צפיפות נימים באמצעות Nailfold Capillaroscopy

Summary

קפילרוסקופיה היא מתודולוגיה לא פולשנית, יעילה, זולה יחסית וקלה ללמידה להדמיה ישירה של נימים במיקרו-סירקולציה. עם זאת, רק פרסום אחד עד כה מתאר את האמינות של תוכנה מורכבת הזמינה לכימות נתוני קפילרוסקופיה. כאן, אנו מציגים פרוטוקול פשוט ואמין לכימות נימים באמצעות אלגוריתם סטנדרטי.

Abstract

Capillaroscopy היא מתודולוגיה בלתי פולשני, יעילה, זולה יחסית וקלה ללמוד לישירות לדמיין את זרימת הדם. טכניקת capillaroscopy יכולה לספק תובנה בריאות כלי הדם של מטופל, מה שמוביל למגוון של דרמטולוגית ערך הפוטנציאלי, ophthalmologic, יישומים קליניים הראומטולוגיים ולב וכלי דם. בנוסף, הגידול עלול להיות תלוי באנגיוגנזה, שניתן על ידי מדידת צפיפות ונרשמת כלי-דם קטנים בתוך הגידול. עם זאת, יש מעט כרגע אין סטנדרטיזציה של שיטות, ופרסום אחד בלבד עד כה מדווח על מהימנותם של אלגוריתמים זמינים כרגע, מורכבים מבוססי מחשב לquantitating נתונים capillaroscopy. ¹ מאמר זה מתאר אלגוריתם חדש, פשוט, אמין, נימים סטנדרטיות ספירה לquantitating נתונים capillaroscopy nailfold. אלגוריתם פשוט, לשחזור ממוחשב capillaroscopy כגון זה יקל יותרשימוש נרחב בטכניקה בקרב חוקרים וקלינאים. חוקרים רבים לנתח כרגע תמונות capillaroscopy ביד, קידום עייפות משתמש והסובייקטיביות של התוצאות. מאמר זה מתאר רומן, קל לשימוש אוטומטי אלגוריתם עיבוד תמונה בנוסף לאלגוריתם לשחזור, חצי אוטומטי ספירה. אלגוריתם זה מאפשר ניתוח של תמונות בדקות תוך הפחתת הסובייקטיביות; (בניסיון שלנו, פחות מ 1 HR) יש צורך בכמות מזערית בלבד של זמן אימון כדי ללמוד את הטכניקה.

Introduction

הדמיה כלי הדם הינה תחום צומח במהירות רב עם יישומים קליניים פוטנציאליים. ² לדוגמא, אונקולוגים משתמשים הדמיה כלי-דם קטנים כדי לקבוע את היקף גידול אנגיוגנזה, מניב מידע רב ערך על המצב של הגידול ותובנה אפשרויות טיפול אפשריים. ^{3 4} עם זאת, capillaroscopy nailfold הוא אולי הצורה היעילה וישימה באופן נרחב ביותר מבחינת העלות של הדמיה כלי דם. חוקרים משתמשים capillaroscopy nailfold וידאו ללמוד שיעורי זרימת דם ולחקור מורפולוגיה נימים. ^{5 6} וידאו וcapillaroscopy nailfold עדיין תמונה שניהם נספחים לדאוג לאבחון וטיפול במחל רקמת החיבור של רנו תופעה ושונות כגון טרשת מערכתית. ²

יש capillaroscopy Nailfold יישומי לב וכלי דם פוטנציאליים שונים, כמו גם. capillaroscopy nailfold באמצעות מחקר הנוכחי מרמזשחולי סוכרת מסוג 1 וסוג 2 להפגין שכיחות גבוהה של מורפולוגיה נימים חריגה, עדיין יש לי צפיפות נימים ללא שינוי בהשוואה לאנשים שאינם סוכרתיים. ^7-8 Capillaroscopy נחקר גם בניסוי בלחץ דם. ואקום נימים מבני שהוביל לצפיפות נימים מופחתת הודגם אצל אנשים עם יתר לחץ דם בהשוואה לאנשים שאינם יתר לחץ דם. ^9-10 בניגוד לחולים עם יתר לחץ דם המבוגרים אלה (גיל ממוצע 40 ומעלה) שמפגינים ואקום מבני, מחקר שנעשה לאחרונה הראה כי יותר חולים עם יתר לחץ דם צעיר (ממוצע גיל ישן מתחת לגיל 40 שנים) יש לי ואקום פונקציונלי ללא ואקום מבני. ¹¹ הדבר מצביע על כך ואקום פונקציונלי מתרחש לפני ועלול להתקדם לאורך זמן לואקום מבני.

מעניין לציין, חולים עם יתר לחץ דם שטופלו בתרופות להורדת לחץ דם ספציפיות כגון Perindopril / indapamide מוצג נורמהצפיפות אל נימים ותפקוד האנדותל לאחר טיפול, ואילו אלו שטופלו בACE (אנגיוטנסין-המרת אנזים) מעכבים או משתנים נשמרו צפיפות נימים נמוכה למרות שליטה להשוות את לחץ דם. ¹² הדבר מצביעים על כך כמה תרופות להורדת לחץ דם עשויות לנרמל צפיפות נימים על ידי היפוך הנימים ואקום שנגרם על ידי יתר לחץ דם. בנוסף, חוקרים אחרים הראו כי הפחתה בצריכת המלח מובילה להיפוך של שני ואקום הנימים הפונקציונלי והמבני באנשים עם יתר לחץ דם. ¹³

למרות פוטנציאל היישומים הקליניים השונים של טכנולוגיה זו, יש סטנדרטיזציה קטנה בטכניקה לquantitating תמונות צפיפות נימים. ² עד כה, חוקרים מצאו כי תוצאות צפיפות נימים הן שחזור משני פנים משקיף ופרספקטיבה בין-משקיף רק אם מדויק אותו אזור נמצא נספר בכל פעם. ^{1,14 15} שים לב, חוקרים קודמים ביצעו במידה רבה ספירת נימים באמצעות בעין בלתי מזוינת, ^{9 16 17 18} שהיא תהליך איטי וסובייקטיבי ידני.

אלגוריתמים לכימות של תמונות נימים סטנדרטיים, מחשב מבוסס תיאורטית לספק ניתוח נתונים יעיל יותר ועם פחות לשחזור הסובייקטיביות, להקל יישומים קליניים של capillaroscopy. חלק מהחוקרים השתמשו אכן תוכניות מבוססות מחשב כדי לכמת את הנתונים מתמונות capillaroscopic nailfold. ^{1,6 19 20} עם זאת, פרסום אחד בלבד עד כה מתאר אמינות של תוכנה מורכבת זמינה עבור quantitating נתונים capillaroscopy, ¹ ותכנית זו היא מסובכת כ בעבר ציין לעיל על ידי הדרישה לספור בדיוק את אותו שדה הראייה. כאן, אנו מציגים פרוטוקול פשוט, אמין לquantitating נימים באמצעות אלגוריתם סטנדרטי המאפשר להשימוש בשדות ראייה מרובים. השימוש בשדות ראייה מרובים מפשט לא רק את ההליך, אלא גם מאפשר ההערכה של שונות ביולוגיות נורמליות בספירת נימים.

מטרת מחקר זה היא לתאר אלגוריתם מבוסס מחשב לשחזור והיעיל אשר סטנדרטיזציה תהליך כימות הנימים. בעוד שיטות אלה אינן אוטומטיים לחלוטין שהם דורשים קלט משתמש קטן מאוד, ולספק quantitation המהיר ואמין של התמונות.

Protocol

הערה: תהליך הרכישה לקבלת תמונות נימים כבר בעבר פורסם ומושג באמצעות מצלמה דיגיטלית עדיין עם תכנית מחשב רכישת תמונה וניתוח מקבילה ^{11 21} מעבדה זו מנצלת עדיין תמונות לניתוח, לא קטעי וידאו, לפשט רכישת תמונה לניתוח.. הבא מתאר את הטכניקה החדשה לquantitating נימים מהתמונות.

תהליך שיפור 1. תמונה

1. השג תמונות דיגיטליות עם מצלמה דיגיטלית בשחור-לבן. כייל את התמונות לאובייקט של גודל ידוע על ידי לקיחת תמונה של אובייקט של אורך ידוע כמו סרגל עם המצלמה. תהליך זה מאפשר לתכנית המחשב למדוד ולספור במדויק נימים לאחר עיבוד. באופן אידיאלי לדיוק הגבוה ביותר, יש להשתמש (חתיכה מדעית מיוצרת מזכוכית עם שליט החרות בה) את ארנק. מדוד את מספר הפיקסלים בכיכר מ"מ 1התיבה באמצעות תוכנת מחשב.
   הערה: המפתח לשחזור וסטנדרטיזציה של פרוטוקול זה תלוי במידה רבה על מיקום נכון של התיבה 1 מ"מ ² שנספרה.
2. השתמש בכלי שיפור לעומת להחשיך את הנימים ולהבהיר את הרקע, אשר יהיה למקסם את ההדמיה של נימי הדם. בידול ראשוני של נימים מהרקע חשוב לחיתוך נכון של התמונה בצעדים מאוחר יותר. עושה זאת על ידי התאמת התמונה באמצעות לחיצה כדי לעשות את זה על "היסטוגרמה בכושר הטובה ביותר.": לכידה, עוצמה, היסטוגרמה תמונה, בכושר הטוב ביותר.
3. לחתוך אזור של עניין (ROI) לספירת נימים כתמונה חדשה (בחר, אזורים של עניין). השתמש בתיבה 1 מ"מ ^2, שנקבעה על ידי כיול התמונות ב530 פיקסלים השווים 1 מ"מ. לבדוק שהתמונה החתוכה מציבה השיא של לולאות הנימים בחלקו העליון של התמונה.
4. לשטח את התמונה כך שכל התאמות תמונת העתיד תיושם באופן שווה להתמונה. כדי לעשות לחץ על זה: כרטיסיית תהליך, מסנני 2D, לרדד, עוצמת BG של רוחב "בהיר," אובייקט ל" 75, "ליישם.
5. להעלות את הניגודיות של תמונה כל כך נימים הם דמיינו מקסימאלי. כדי לעשות זאת לחץ על: להתאים כרטיסייה, תצוגה, להעלות ניגוד ל -75.
6. פחת מוקדי רעש התמונה כדי להחליק את הקצוות של הנימים על-ידי לחיצה על כרטיסיית תהליך, מסנני 2D, פחת מוקדי רעש, גודל ליבה 7 x 7, תחול.
7. לסיים את ניגוד התמונה כך נימים שחורות והרקע לבן. לבצע שלב זה על ידי התאמת היסטוגרמה למודל "בכושר הטוב ביותר".
   הערה: אנא עיין באיור 2 בנציגי תוצאות לדוגמה למה שהתמונה מעובדות צריכה להיראות כמו ביצוע השלבים הבאים.

2. ביצוע ספירת נימים / צפיפות quantitating נימים

1. על כל תמונה, לבחור חלק אחד של נימים מוגדרות היטב באמצעות featur "יעד אובייקט" באופן ידנידואר להיות מוכר כאובייקטים לייספרו על ידי התכנית. לאחר מכן, בחר חלק קטן של רקע, שימוש בתכונה "הרקע", כהתייחסות לאזורים שצריכים להיות התעלמו ידי אלגוריתם הספירה.
   הערה: השילוב של נקודות שיא אלה גורם לכל הנימים להיות מודגשות תוך התעלמות רעשי רקע. Quantitation הפרוטוקול (הספירה) מנצל פונקציות מחשב להבדיל חלקים של התמונה המבוססת על צבע ומורפולוגיה.
2. השתמש בפונקצית הספירה לספור באופן מיידי את כל הנימים בתמונה עם ציוד ההדמיה. הגדר את הקוטר המינימאלי של אובייקטים ספרו עד 5 פיקסלים על מנת להימנע מספירת רעש רקע כנימים.
3. עבור כל אדם, לספור את הממוצע של 3 - 4 תמונות על מנת לקבל הערכה אמינה יותר.
   הערה: אנא עיין באיור 3 בנציגי תוצאות לדוגמה למה שהתמונה צריכה להיראות במהלך הליך הספירה.

3. יצירה ושימוש בפקודות מאקרו כדי להפוך עיבוד תמונה

הערה: כדי לחסוך זמן, ניתן ליצור פקודות מאקרו כדי לבצע אוטומטית רצף ספציפי של תהליכים באחד או תמונות רבות. יכולים להיות מותאמים אישית רצפים אלה כדי לבצע את שינויי התמונה מהירים יותר. במהותה, פקודות מאקרו אלה זוכרים איך התמונות מעובדות, ולבצע את כל השלבים במהירות וללא קלט משתמש. ביצוע ספירה על 12 תמונות נימים לוקח מעבדה זו בין 20 עד 30 דקות עם פקודות מאקרו (2 עד 3 דקות לכל תמונה), בניגוד לכ -8 דקות לכל תמונה בלי פקודות מאקרו. לכן שימוש בפקודות מאקרו היא 3 עד 5 פעמים יותר יעיל מאשר עיבוד כל תמונה בנפרד באופן ידני.

1. על מנת ליצור מאקרו, בחר "מאקרו שיא" ועל תמונה אחת בצע את השלבים ותהליכים רצויים, כפי שמתוארים בשלבי 1 ו- 2 לעיל. שם מאקרו אשר מבוסס על עיבוד תמונת צעדים בוצעו לשימוש עתידי. כאשר USIng מאקרו בתמונות עתיד, פשוט לחץ על "מאקרו לרוץ" והתכנית באופן אוטומטי תחול שיפורים שנרשמו לתמונה (ים) הרצויות.
   הערה: מעבדה זו משתמשת במאקרו כדי לבצע את כל אבל אחד הצעדים בסעיף 1 לשיטות בכמה שניות. הצעד היחיד שדורש קלט משתמש בוחר בי כדי לחתוך את התמונה, שלב 1.2.

Results

המטרה של הליך עיבוד תמונה זו היא לבדל את נימי דם מתמונת הרקע, כך שניתן לכמת בצורה מדויקת. שני עיבוד תמונה שלם ועיבוד תמונה מוגזם פוגע ביכולתה של התכנית לכמת את הנימים. כפי שניתן לראות באיור 3, עיבוד תמונה שלם הופך את הנימים קשות להבחין בין הרקע. זה קריטי, כי המשתמשים יוכלו להבחין בקלות את הגבול של נימים מאז שיטת הספירה שתוארה לעיל תלויה ביכולת של המשתמש כדי להדגיש בצורה מדויקת כמה נימים. מצד השני, כפי שניתן לראות באיור 3, היישום של צעדי עיבוד תמונ...

Discussion

capillaroscopy Nailfold מראה הבטחה ככלי שימושי קליני בעתיד לאונקולוגיה שונות, לב וכלי דם, ויישומי מחלה הראומטולוגיים. תהליך רכישת תמונה הוא עקבי למדי בקרב חוקרים, עדיין יש כיום מספר שיטות לעיבוד תמונה וניתוח. שיטות כוללות כיום ספירת נימים ממוחשבת וידנית. ספירה ידנית הן בעייתיות כפי שהם גוזלים זמן, ובכפוף לסובייקטיביות משתמש ועייפות. שיטות מבוססות מחשב הנוכחי דורשות רמה גבוהה של קלט משתמש, הן בתהליך שיפור התמונה ותהליך הכימות. השיטה החדשה שתוארה כאן דורשת הכשרת משתמש קטנה יחסית או ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
תוכנת עיבוד תמונה	Image-Pro	Premier Media Cybernetics, Inc	9.1