גישה מוזרה כדי להתגבר על החפץ תנועה בעת שימוש ניגוד חודרני לייזר מערכת הדמיה עבור לסירוגין מהירויות פיפטות לקיחת דם
30 באוגוסט 2017
מחקר זה מציג שיטה הרומן מדידה וניתוח של לסירוגין מהירויות מנתחי מיקרו מחזור לדם בניסוי יחיד באמצעות imager ניגודיות חודרני של לייזר.
המטרה הכוללת של ניסוי זה היא להציג גישה להתגברות על חפץ תנועה בעת שימוש במערכת הדמיית ניגודיות כתמי לייזר למהירויות מתחלפות של מיקרו-סירקולציה בדם. שיטה זו יכולה לעזור לחוקרים לענות על שאלות מפתח בתחום התגובות הדינמיות של הדם, בפרט, כאשר הם מבקשים לוודא את ההשפעה של חילופי מהירויות המיקרו-סירקולציה בדם בניסוי יחיד. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מתגברת על חסרון מרכזי של LSCI, שהוא רגישות גבוהה לתנועת חפצים.
ההשלכות של טכניקה זו אפשרו לנו להעריך מצבים שונים של גירוי זרימת הדם. זה רלוונטי מבחינה קלינית, מכיוון שיש קשר מוצע בין מיקרו-סירקולציה מוגברת להפחתת בצקת באוכלוסיות לאחר ניתוח, כגון חולי החלפת מפרק ירך מלאה. שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי הדינמיקה של מיקרו-סירקולציה, ולכן ניתן ליישם אותה גם בניסויים אחרים, כגון אלה הבוחנים מכשירי ניטור המקדמים ריפוי פצעים.
בדרך כלל, אנשים שאינם מכירים שיטה זו יתקשו מכיוון ש-LSCI רגיש מאוד לתנועת חפצים, ולכן זיהוי שינויים מיקרו-סירקולטוריים לא יהיה אפשרי אלא אם כן חלק הגוף מוחזק דומם לחלוטין. היה לנו צורך לפתח שיטה זו לראשונה כאשר בדקנו את ההשפעה של גירוי חשמלי עצבי-שרירי של השוק ודחיסה פנאומטית לסירוגין על מיקרו-סירקולציה של הירך. גילינו שיש תנועה של הרגל.
הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית, מכיוון שפרוטוקול הניסוי יכול להיות קשה להמחשה, ולכן קשה לשכפל. כדי להתחיל, חבר את ספק הכוח, ה-USB וממשק FireWire לפאנל האחורי של ה-moorFLPI LSCI. לאחר מכן, הרכיבו את זרוע התמיכה בשולחן העבודה באמצעות ארבעה ברגים כאשר ה-moorFLPI LSCI הפוך ומקובע לזרוע התמיכה.
לאחר החיבור, סובב את תושבת ההרכבה להדמיה כלפי מטה. בקש מהמשתתף לשבת בחדר מבוקר טמפרטורה במשך 10 דקות לפני כל בדיקה כדי שיוכל להסתגל לטמפרטורת החדר. ודא שאין מקורות חזקים של אור מלאכותי או אור שמש המאיר על המשתתף, מכיוון שאור הסביבה עלול להשפיע על ה-moorFLPI ליד מקור הלייזר האינפרא אדום, הפועל ב-780 ננומטר.
בדוק את קבילות תאורת החדר על-ידי פתיחת חלון הגדרת ההדמיה וחסימת הלייזר. אם התמונה שחורה כמעט לחלוטין, אין צורך בשלבים נוספים. אחרת, הפחיתו עוד יותר את תאורת הסביבה.
ודא שהמשתתף רגוע לאורך כל ההערכה. בקש מהם להניח את רגליהם שטוחות על הקרקע ולהימנע מכל שיחות במהלך המבחן. כעת, הניחו שמונה סנטימטרים רבועים של כתם אטום דביק על אזור העור כדי להסוות את זרימת הדם, וכדי להסביר את החיסרון של תנועת החפצים.
פתח את תוכנת ההדמיה ובחר עיבוד מרחבי עבור 25 פריימים לשנייה של לכידה ב-152 על 113 פיקסלים. לאחר מכן בחר מדידת תמונה חיה. התאם את מיקום המצלמת כך שיהיה במרחק של 20 סנטימטרים מהמשתתף.
כמו כן, כוונן את הזום, המיקוד והמקטב להשתקפות ספקולרית מינימלית. התמונה צריכה להיראות די שטוחה וחסרת תכונות. הגדר זמן חשיפה של 20 אלפיות השנייה לרגישות גבוהה לשינויים קטנים ושטף נמוך.
השתמש בקצב תצוגה של 25 הרץ ובקבוע זמן של 0.3 שניות כדי לקחת בחשבון שינויים מהירים בזרימת הדם ולהשיג ניגודיות אופטימלית באמצעות הפחתת רעשי התמונה. לאחר מכן, צור שני אזורי עניין שווים בשם ROI 1 ו-ROI 2. יישר את החזר ההשקעה 2 כך שיהיה בטווח של שמונה סנטימטרים רבועים של הטלאי האטום על עור הנושא.
הקפד שהחזר ה-ROI לא ישתנה, אך שמור אותם קרובים, בטווח של שניים עד ארבעה סנטימטרים כדי להפחית את הצורך בחזרה למקרה שתנועה מכנית כלשהי תגרום לכך שה-ROI 2 כבר לא יהיה באזור האטום. לבסוף, הגדר את ערך הרווח בין 70 ל- 80. זה יפחית את הדיוק שאבד באזורים בעצימות נמוכה וגבוהה.
הקלט את מדידת זרימת הדם בפורמט וידאו ושמור אותם לניתוח לא מקוון באמצעות מודול סקירת תמונות. לאחר ההקלטה, פתח את תוכנת סקירת התמונות moorFLPI וטען את הסרטון לניתוח. חשב את השטף הממוצע בתוך ההחזר על ההשקעה בעקבות סדרה של רישומים של זרימת הדם הממוצעת.
ROI 1 הוא המדידה האמיתית של זרימת הדם בעור, ו-ROI 2 הוא אות העור של כתמי לייזר מפוזרים לאחור מהתיקון האטום. כאשר אינן מוגדרות כהלכה, תמונות השטף והכתמים הגולמיים מביאות לרווח גבוה עם ראות לקויה, מה שיביא למדידת זרימת דם פחות מדויקת. אם מוגדרים כראוי, כפי שמוצג בפרוטוקול זה, לתמונות המתקבלות יש נראות מקסימלית לתוצאה אמינה.
תמונות מוגדרות כהלכה מביאות להגדרה ברורה בין זרימת דם איטית לזרימת דם מהירה. זה הושג ברישום נתונים רציף של שטף מתחלף. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 20 דקות אם היא מבוצעת כראוי.
בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור שמדידות שטף נעשות ביחס לקו הבסיס של הייחוס. במקרה של מתודולוגיה זו, שלב המנוחה מוצג כבסיס ייחוס. לכן, זרימת דם בשלב מהיר ואיטי מתבטאת בשינוי באחוזים משלב הבסיס או המנוחה.
לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום ניתוח מיקרו-סירקולטורי בדם לחקור את יעילותם של סוגים שונים של מכשירים שמטרתם להגביר את זרימת המיקרו-סירקולטורית. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד למדוד מהירויות מתחלפות של מיקרו-סירקולציה בדם באמצעות LSCI, וכיצד להתגבר על כל חפץ תנועה שעלול להשפיע על התוצאה אם לא נלקח בחשבון כראוי.
סקירה כללית
מחקר זה מציג טכניקה חדשנית למדידה וניתוח של מהירויות משתנות של מיקרו-סירקולציה של דם באמצעות מדמיין ניגודיות של מכת הלייזר (laser speckle contrast imager). השיטה מטפלת בארטפקטים של תנועה שעלולים להשפיע על התוצאות, ובכך מספקת גישה מהימנה עבור חוקרים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- מיקרו-סירקולציה (מיקרו-זרימה)
- טכניקות דימות
רקע
- ארטיפקטים של תנועה עלולים להשפיע באופן משמעותי על תוצאות של דימוי ניגודיות של מכתות לייזר (LSCI).
- הבנת מיקרו-סירקולציה של הדם היא קריטית ליישומים קליניים, כגון התאוששות לאחר ניתוח.
- מחקרים קודמים הצביעו על הצורך בשיטות משופרות למדידת דינמיקה של זרימת דם.
- LSCI רגישה לתנועה, מה שהופך מדידות מדויקות למאתגרות.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה למזעור ארטיפקטים של תנועה ב-LSCI.
- הערכת ההשפעות של מהירויות זרימת דם משתנות בניסוי אחד.
- מתן תובנות לגבי דינמיקה של מיקרו-סירקולציה הרלוונטית להגדרות קליניות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הקמה של מערכת ה-moorFLPI LSCI עם הגדרות ספציפיות.
- הכנת המשתתפים בסביבה מבוקרת כדי למזער אור חיצוני.
- החלה של מדבקה אטומה להסתרת זרימת הדם במהלך המדידות.
- הקלטה וניתוח של נתוני זרימת דם באמצעות אזורי עניין (ROIs) מוגדרים.
תוצאות עיקריות
- הטכניקה מאפשרת מדידה מדויקת של זרימת הדם למרות תנועה.
- הושגה הפרדה ברורה בין זרימת דם איטית לזרימת דם מהירה.
- התוצאות הצביעו על שיטה מהימנה להערכת דינמיקה של מיקרוסירקולציה.
- יישומים פוטנציאליים כוללים מכשירים לניטור ריפוי פצעים.
מסקנות
- שיטה זו משפרת את המהימנות של מחקרים העוסקים במיקרוסירקולציה של הדם.
- היא פותחת אפשרויות למחקרים עתידיים על התקנים לשיפור הזרימה במיקרוסירקולציה.
- הגדרה נכונה של המערכת חיונית לקבלת מדידות מדויקות.
שאלות נשאלות בשכיחות רבה
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
דימות ניגודיות נקודות לייזר (LSCI) הוא כלי לא פולשני להערכת זרימת דם במיקרו-סירקולציה, אך רגישותו הגבוהה לארטפקטים של תנועה מגבילה את תועלתו במחקרים פיזיולוגיים דינמיים. פרוטוקול זה מציג שיטה של מדבקה אטומה דביקה (AOP) כדי להפחית את אות הרקע ולאפשר מדידה מהימנה של זרימת דם איטית ומהירה לסירוגין בניסוי בודד. על ידי הבעת הזרימה כאחוז שינוי משלב מנוחה בסיסי, גישה זו תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטיים במודלים פרה-קליניים של תגובה כלי דם וריפוי פצעים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בדיקה של היפותזות טיפוליות הכוללות ויסות זרימת דם, כגון השפעות של תרכובות מרחיבות כלי דם או מכווצות כלי דם.
- ערך תפעולי: מספק תוצאה כמותית הניתנת לשחזור לצורך הבהרת מסלולים במודלים של אנגיוגנזה או דלקת.
- ערך ניבוי: תומך בביטחון במטרה על ידי הבחנה בין שינויים בזרימה המושרים על ידי תרכובות לבין רעש הנגרם מתנועה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מוכנות הבדיקה: מכין מערכות ביולוגיות מתוּקפות לסריקת תרכובות בשלבים הבאים על ידי ביסוס קווי בסיס של שטף (flux) יציבים.
- פלט כמותי: מספק מדידות שטף מנורמליות (אחוז השינוי מקו הבסיס) המתאימות למידול תגובה לדוזה.
- סקביליות: תומך בדימיון בניגודיות גבוהה על פני שטחי עור של עד 15 cm x 20 cm, מה שמאפשר סריקה רב-פרמטרית.
מחקר תרגומי ופרה-קלני
- מערכת רלוונטית למחלה: ישום במודלים של בצקת לאחר ניתוח, ריפוי פצעים והחלמה איסכמית שבהם דינמיקה של מיקרו-סירקולציה היא מרכזית.
- המשכיות תרגומית: מקשר בין תיקוף מנגנונים בשלב הגילוי לבין הערכת יעילות פרה-קלינית באמצעות מדדי שטף עקביים.
- קידום מותאם סיכונים: מאפשר קבלת החלטות מסוג go/no-go בהתבסס על פרופילי תגובה המודינמיים במקום על נתונים המושפעים מארטפקטים.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
השיטה משתלבת ברצף שבין הגילוי לשלב הפרה-קליני, תומכת בתיקוף מוקדם של מטרות באמצעות פנוטיפיקה המודינמית, ומספקת מידע לזיהוי מועמדים מובילים (leads) באמצעות התאמת ביומרקרים מבוססת זרימה.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת היפותזות של תרכובות המשפיעות על טונוס כלי הדם או על תפקוד האנדותל באמצעות מדידה ישירה של זרימה.
- סריקה: מאפשר סטנדרטיזציה של הבדיקה על ידי מזעור השונות הקשורה לתנועה, ובכך משפר את ה-Z-factor ואת רמת הוודאות בבחירת הפגיעות (hits).
- אנליטיקה: מייצר נתוני זרימה ברזולוציית זמן ופלט מנורמל לבסיס (baseline), המקלים על השוואה בין קבוצות ועל מידול סטטיסטי.
- מחקר טרנסלציונלי: מתחבר למחקרים פרה-קליניים של ריפוי פצעים או רפרפוזיה, שבהם מהירויות זרימה משתנות משקפות תגובות לאתגרים פיזיולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מהווה יכולת דימוי ניתנת לשימוש חוזר בתוכניות למחלות עור, מחלות לב וכלי דם ומחלות מטבוליות הדורשות הערכה של המיקרוסירקולציה.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בחיזוי על ידי בידוד אות ביולוגי אמיתי מארטפקט תנועה במחקרי זרימה דינמיים.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות והסטנדרטיזציה בין משתמשים ואתרים באמצעות הגדרת מיקום ROI והגדרות חשיפה.
- ערך אסטרטגי: מפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים על ידי שיפור הגילוי המוקדם של מועמדים שאינם יעילים או כאלה המעודדים איסכמיה.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף מותאם סיכון של תרכובות המווסתות כלי דם על בסיס פרופילים מהימנים של שטף במיקרוסירקולציה.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בדימות אופטי ובבחירת אזור עניין (region-of-interest) כדי למנוע זיהום של האות.
- תלוי בהגדרת מכשור יציבה, כולל moorFLPI LSCI, ממשק FireWire ותאורה סביבתית מבוקרת.
- מחייב סטנדרטיזציה בין צוותים של מיקום ה-ROI, יישום המדבקה והקפדה על פרוטוקול הבסיס.
- שיקולי התאמה כוללים פיגמנטציה של העור, כיסוי שיער ועקמומיות המשפיעים על הידבקות המדבקה ועל אחידות האות.
- מגבלה מעשית: השיטה מניחה כי מדבקה אטומה מסתירה לחלוטין את זרימת הדם שמתחתיה; נדרשת תיקוף עבור רקמות בעלות פיגמנטציה גבוהה או עשירות בכלי דם.
