Name: 피부 조직 산소와 혈관 기능의 듀얼 모드 영상 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-08T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 35 s
Description: 학습하세요 피부 조직 산소화와 혈관 기능을 동시에 평가하는 듀얼 모드 영상 시스템을 활용한 비침습적 상처 모니터링 방법을. 이 기술은 임상 상처 관리에 혁신적인 진단 도구를 제공합니다.

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NIH 수상 RO1 HL073087, GM 077,185, 그리고 CKS에 GM 069,589 지원. 작품은 또한 DHLRI의 재생 의료 프로그램에서 교부금에 의해 지원됩니다. 박사 Sabyasachi.Biswas (종합 상처 센터) 박사 앨리슨 Spiwak (순환 기술 부문), 조셉 Agoston (부수 부문), 토마 : 저자는 기술 지원과 오하이오 주립 대학에서 다음 인사에서 임상 입력에 감사 Shives (순환과), 조셉 유잉 (기계 공학), 스콧 킬링거 (기계 공학), 그리고 Xiaoyin GE (전기 공학).

1. multispectral 이미지로 매핑 조직 산소 금후 CWC 시스템으로 불리는 종합 상처 센터 (CWC) 이중 모드 이미징 시스템, 피부 조직의 산소와 혈관 기능의 열감지 화상의 multispectral 이미징에 대한 오하이오 주립 대학에서 개발되었습니다. 넓은 간격 초 파생 spectroscopic 기술은 multispectral 이미지 1을 기반으로 조직 산소지도를 재구성하는 데 사용되었다. 본 연구에서는 건강한 주제는 가구에서 휴식 왼쪽 팔뚝과 토 CWC 시스템의 전망 분야 내에서 팔뚝의 부분은 다른 피부 색깔을 모방하기 위해 인도 잉크 (에탄올에 녹아있는 1 %)로 색칠했습니다. Multispectral 이미지는 인수되었으며 산소지도는 넓은 간격 초 유도체 스펙트럼을 바탕으로 재건되었다. 재건축 산소지도는 상업적인 Hypermed OxyVu hyperspectral 조직 산소 측정 시스템에 의해 인수되는과 비교했다. 혈관 폐색으로 조직 산소 응답 후 occlusive 반응 충혈 (PORH) 2 프로토콜 다음과 같은 주제에 공부했다. PORH 테스트하기 전에, 주제의 수축기 및 diastolic 혈액 압력은 왼쪽 팔 위쪽에 배치 압력을 재는 완에 의해 기록되었다. PORH 프로토콜은 두 분 suprasystolic 폐색 (수축기 + 50mm HG) 2 분 동안, 두 분 반응 충혈 기간 사전 occlusive 기준 기간 구성되어. Multispectral 이미지는 파장 당 0.75 초 샘플링 속도에서 PORH 검사 중에 네 파장 (즉, 530nm, 550nm, 570nm, 590nm 및)에 인수했다. 딥 조직 산소 포화도와 같은 팔의 피부 조직 산소 장력이 동시에 OxiplexTS 조직 분광 광도계 (ISS 주식 회사, 어바나 샴페인 일리노이) 및 TCM transcutaneous 산소 모니터 (복사계, 덴마크) 각각에 의해 기록되었다. 2. 동적 열감지 이미지로 매핑 혈관 기능 동적 열감지 이미징은 같은 CWC 시스템을 사용하여 건강한 주제에 증명했다. 주제는 편안하게 가구와 CWC 시스템의 적외선 카메라 유닛쪽으로까지 직면하고있는 왼쪽의 dorsum에 휴식 왼팔과 나태한 위치에 테이블에 거짓말을 했어요. 레이저 도플러 프로브는 손가락 피부 재관류의 지속적인 모니터링에 대해 동일한 손의 손가락 끝에 배치되었습니다. 압력을 재는 완은 폐색의 다른 수준을 생산하기 위해 왼쪽 팔 위쪽에 배치했다. 실험 전에 제목은 압력 즉석에서 기록된 수축기 및 diastolic 압력과 함께, 적어도 10 분 동안 휴식을 요청했다. 동적 열감지 이미지는 다음 커프 압력 수준에서 포로로 붙잡혔습니다 : 아니요 폐색, 0.5 X diastolic 혈압, 0.5 X (diastolic 혈압 + 수축기 혈압)과 1.5 X 수축기 혈압. 각 커프 압력 수준에서 열 자극을 30 초 동안 왼쪽에 상온의 물 가방 (25 ° C)를 배치하여 소개되었습니다. 즉시 열 자극을 제거 후 왼쪽 열감지 화상 2 프레임 / 초의 속도로 인수되었으며 손가락 피부 재관류 10 Hz의 샘플링 속도에서 레이저 도플러 탐침에 의해 기록되었다. 검사 사이의 시간 간격은 10 분했습니다. 이후 측정이 같은 위치에 있다고 있도록 왼쪽의 위치는 사전에 표시되었다. 다른 폐색 수준에서 조직 혈관 기능은 온도 반응과 혈관 기능 지수를 모두 계산하여 평가되었다. 혈관 기능 색인은 열 자극과 상응하는 온도 변화 후 시간의 제곱근 사이의 비율로 정의했다. 3. 조직 산소 및 혈관 기능을지도 사이의 공동 등록 동적 열감지 이미지와 multispectral 이미징 인수 피부 조직 산소의지도에 의해 인수 피부 조직 혈관 기능의지도는 고급 이미징 알고리즘에 의해 공동으로 등록되었다. 동시 열 및 광학 대조와 네 신탁 마커, 이미지 공동 등록을 촉진하는 생물 학적 조직에 배치했다. 1) 그레이 스케일의 모든 이미지를 변환과 0 사이의 픽셀 강도 값을 정상화 : 현재 적외선 영상 (및 혈관 기능지도)와 광학 이미지를 (그리고 산소지도) 공동 등록을위한 프로토콜은 다음과 같은 주요 단계를 포함 1, 2) 광학 사진은 경험적 세계 임계값 (0.8 배 전체 이미지의 의미 강도 값)보다 높은 픽셀 강도 값을 가지고있는 전경 (피부) 영역을 식별하고, 전경 지역에있는 작은 구멍이 있었다 형태학의 종료 작업을 사용하여 가득; 3) 강도 값을 g 모두 아래 전경 (前景)에있는 어두운 지역으로 신탁 표시자 영역을 식별 lobal 한계와 20에 의해 - 20 픽셀 동네에서 의미 픽셀 값에 의해 정의된 적응 지역 한계. 적응 지역 임계값은 우리가 조명의 변화를 수용할 수, 4) 소음 및 스파이크를 제거하는 형태학의 작업을 사용하여 신탁 마커 영역을 수정, 네 가지 영역의 centroids는 광학 사진 조절점으로 선정, 5)와 유사한 단계를 반복 참조로 열 이미지와 두 이미지 사이의 affine 변환을 계산 7) 및 변형, 근접에 따라 제어 포인트의 두 집합을 (두 카메라가 밀접하게 위치라고 준)와 일치 6), 열 이미지에 마커 영역을 식별 광학 사진 및 correspondingly 산소지도 (광학 사진과 같은 카메라에서 얻은하는) 8) 마지막으로 시각화에 대한 중첩 이미지를 생성합니다. 4. 대표 결과 : 산소 프로토콜 (즉, # 1)에 대한 대표적인 결과는 광범위한 격차 초 파생 분광법에 따라 재건축 피부 조직 산소지도입니다. 넓은 간격 초 파생 분광법의 방법은 효과적으로 피부 산소 측정이 적은 가상 피부 색깔의 변화에​​ 의해 영향되었습니다 있도록 조직 배경 흡수에 의한 측정 유물을 감소. 우리는 또한 피부 조직 산소지도, 깊은 조직 산소와 피부 조직의 산소 장력이 동시에 기록된 PORH 프로토콜을 보여주었다. 혈관 기능 프로토콜 (즉, # 2)에 대한 대표적인 결과는 피부 조직의 온도 배포판, 외부 열 자극에 대한 응답으로 피부 조직 온도의 변화, 그리고 역동적인 열감지 이미징에서 파생 피부 조직 혈관 인덱스 매핑을 포함합니다. 상관 관계는 피부 조직 혈관 색인 및 피부 조직 재관류의 레이저 도플러 측정의 열감지 이미지 사이에 관찰되었다. 공동 등록 프로토콜 (즉, # 3)에 대한 대표적인 결과가 조직 산소지도 혈관 색인지도와 사진, 산소 간의 이미지 융합, 그리고 혈관 인덱스 이미지 멀티 대비 신탁 마커 공동 등록을 포함합니다. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig1.jpg" alt="그림 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 1"> 그림 1. 조직 산소와 혈관 기능의 비 접촉 이미징을위한 CWC 듀얼 모드 시스템 설정. 시스템이 모바일 카트가 설치되었다. 그것은 적외선 열감지​​ 카메라, CCD 카메라, 액정 조정할 수 필터, 그리고 광대역 광원 구성되어. 컴퓨터가 데이터를 수집, 분석 및 디스플레이의 작업을 동기화하는 데 사용되었다. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig2.jpg" alt="그림 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 2"> 그림 2. CWC 시스템에 대한 소프트웨어 인터페이스. 소프트웨어 인터페이스는 Labview 환경에서 프로그램되었다. 인터페이스의 왼쪽 상단에있는 하드웨어 구성 및 시스템 보정을위한 컨트롤 패널입니다. 인터페이스의 오른쪽에있는 적외선 카메라에서 획득한 조직 온도지도의 실시간 표시됩니다. 인터페이스의 하단에 피부 조직 재관류의 레이저 도플러 측정 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig3.jpg" alt="그림 3" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 3"> 그림 3. CWC 시스템에 대한 소프트웨어 인터페이스 (계속)가.이 조직 산소 매개 변수를 표시하는 팝업 창이 있습니다. 왼쪽에있는 multispectral 이미지 재건 조직 산소지도입니다. 인터페이스의 오른쪽 상단 아래에서 다음 조직 산소 매개 변수를 표시합니다 (1) 피부 조직 산소가 조직 산소지도에 관심이 선택한 영역 (ROI)에서 평균 (2) 깊은 조직 산소는 OxplexTS 조직 산소 농도계로 감시 (3) 피부 조직 산소 장력은 TCM transcutaneous 산소 모니터로 감시. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig4.jpg" alt="그림 4" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 4"> 그림 4. OxyVu 이미징 시스템에 의해 피부 조직 산소 이미징가. 왼쪽 그림은 피부 조직의 이미지를 그레이 스케일입니다. 잉크 층이 피부 색상을 시뮬레이션하기 위해 피부에 그려진했다. OxyVu 시스템에 의해 인수 피부 조직 산소의지도는 오른쪽에 표시됩니다. 흥미가있는 두 개의 사각형 모양의 영역 (로아)은 각각 시간과 잉크 그려진 영역 밖에 선정되었습니다. 잉크 그려진 지역 투자 수익 (ROI)은 평균 피부 조직 산소는 62.8 ± 11.0 %되었습니다. 잉크 그려진 영역 밖의 투자 수익 (ROI)은 평균 피부 조직 산소는 44.0 ± 11.0 %되었습니다. 18.8 %의 차이는 잉크 칠한 피부 지역 내외 피부 조직 산소 측정 관찰했다. gure 5 "/&gt; 그림 5. CWC 시스템에서 피부 조직 산소 이미징. multispectral 이미지는 그림 4에서와 같은 주제에 같은 피부 위치에있는 CWC 시스템에 의해 점령되었다. 왼쪽 그림은 피부 조직의 단일 파장의 이미지이고 오른쪽 그림은 재건 피부 조직 산소지도입니다. 잉크 계층은 그림 4에서와 같은 잉크 농도로 피부에 그려진했다. . 흥미가있는 두 개의 사각형 모양의 영역 (로아)은 각각 시간과 잉크 그려진 영역 밖에 선정되었습니다. 잉크 그려진 지역 투자 수익 (ROI)은 평균 피부 조직 산소가 60.9되었습니다 ± 6.9 %. 잉크 그려진 영역 밖의 투자 수익 (ROI)은 평균 피부 조직 산소가 65.8되었습니다 ± 5.5 %. 4.9 %의 차이는 잉크 칠한 피부 지역 내외 피부 조직 산소 측정 관찰했다. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig6.jpg" alt="그림 6" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 6"> 그림 6. 피부 조직 산소 측정의 신뢰성에 대한 가상 피부 색상 변화의 효과. 통계 분석은 OxyVu와 CWC 이미징 시스템 모두를위한 산소 측정에 가상 피부 색상 변화의 중요성을 결정하기 위해 실시되었다. 각각의 이미징 시스템, 평균 피부 조직 oxygenations는 무작위로 각 지역에 대한 관심 10 지역 (로아)를 선택하여 잉크 칠한 피부 지역 내외 계산했다. 우리 NULL 가설은 피부 색상의 변화가 피부 조직 산소 측정에 영향을주지 것입니다. 이 NULL 가설은 각각 산소 그림 4지도 (즉, OxyVu 측정) 및 그림 5 (즉, CWC 측정)를 사용하여 테스트되었습니다. 학생의 T - 테스트 OxyVu 측정에 대한 P 값이 NULL이 가설이 거절한다는 뜻인, 0.001보다 훨씬 적은 것으로 나타났습니다. 따라서, 피부 색상의 변화가 OxyVu 이미징 시스템의 피부 조직 산소 측정에 영향을 미칠 않습니다. 반면, CWC 측정에 대한 P 값이 피부 색상의 변화가 CWC 이미징 시스템에서 피부 조직 산소 측정에 영향을주지 않습니다 가능성을 암시, 0.728이다. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig7.jpg" alt="그림 7" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 7"> 그림 7. 포스트 occlusive 반응 충혈 (PORH) 동안 CWC 시스템에서 얻은 피부 조직 산소의 이미지. PORH 시험은 건강한 주제 아래 # 1의 팔뚝에 실시되었다. (A). 이미지 공동 등록을 배치 네 신탁 마커와 팔 단일 파장 그레이 스케일 이미지. (B) 기준의 피부 조직 산소지도 혈관 폐색 전 인수했다. (C) 2 분 동안 혈관 폐색 후 피부 조직 산소지도 (수축기 혈압 50mmHg +). 반응 충혈 후 (D) 피부 조직 산소지도. 피부 조직 산소 크게 변경하는 동안, 그리고 혈관 폐색 후, 이전에 관찰되었다. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig8.jpg" alt="그림 8" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 8"> 그림 8. 조직 산소 매개 변수가 연속 PORH 테스트 중에 모니터링. ()에서 테스트 프로토콜 사전 폐색의 suprasystolic의 폐색 기간 다음 기준, 그리고 반응 충혈 기간 종료 기간을 보여줍니다. 피부 조직 산소 기간 PORH 절차의 역사는 (B)에 꾸몄다 있습니다. 이것은 CWC 피부 산소지도에 관심이 선택한 영역 (ROI)을 평균하여 얻은 것입니다. 우리는 또한 (C)의 역모, OxiplexTS 조직 산소 농도계하여 깊은 조직 산소를 감시. transcutaneous 조직 산소 장력 또한 TCM 장​​치에 의해 감시와 (D)에 꾸몄다되었습니다. 피부 조직 산소의 CWC 측정 PORH 절차를 수행하는 동안 다른 산소 매개 변수와 잘 일치. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig9.jpg" alt="그림 9" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 9"> 그림 9. 다른 혈관 폐색 압력에서 피부 조직 응답. 열감지 이미지가 열 자극 (즉, 실내 온도 25 ° C에서 물 주머니) 직후 인수되었습니다 것은 제목의 왼쪽에서 제거되었습니다. 열 자극이 제거된 후에 수평축은 서로 다른 시간 장소에 해당합니다. 수직 축은 혈관 폐색 압력의 다음 4 단계에 해당 : 0 (없음 폐색), 0.5DBP, 0.5 (DBP + SBP), 1.5SBP, DBP는 diastolic 혈압이며 SBP는 수축기 혈압입니다. 이 특정 주제에 대한, DBP가 69mmHg이고 SBP가 123mmHg입니다. 테스트 결과는 외부 열 자극에 대한 조직 온도 응답이 혈관 폐색의 수준 상관을 나타냅니다. 폐색 압력을 증가하면 열 응답 속도를 감소시킵니다. fig10.jpg "고도 ="그림 10 "/&gt; 그림 10. 다른 혈관 폐색 압력에서 재건축 혈관 인덱스지도. 열감지 이미지의 각 픽셀에서 혈관 기능 지수 (V)은 열 자극 후 시간의 제곱근 (√ t에 대한 피부 조직 온도 변화 (Δ T)를 regressing에서 파생된되었습니다 ) : Δ ε은 임의의 오류이며, K는 상수입니다 + ε √ t + K. 왼쪽에서 혈관 기능 인덱스지도는 바로 다음과 같은 폐색 조건에 해당하는 () 아니오 폐색, (B) 0.5DBP, (C) 0.5 (DBP + SBP), (D) 1.5SBP. 이 특정 주제에 대한, diastolic 혈압 (DBP)은 69mmHg이고 수축기 혈압 (SBP)이 123mmHg입니다. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig11.jpg" alt="그림 11" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 11"> 그림 11. 혈관 기능 색인과 피부 조직 재관류 사이의 상관 관계는. # 2의 각 폐색의 압력에 손가락 팁 혈관 기능 인덱스는 조직 혈관 색인지도에 대한 관심 다섯 지역 (로아)을 평균하여 계산되었다. 피부 조직 재관류는 손가락 끝에 중 하나에서 레이저 도플러 장치에 의해 측정되었다. 손가락 팁 혈관 지수는 조직 혈관 기능의 양적 평가에 대한 동적 열감지 방법을 사용의 가능성을 나타내는, 레이저 도플러 측정과 상관. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig12.jpg" alt="그림 12" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 12"> 그림 12. . 이미지를 공동 등록 프로세스는 첫 번째 행에, 우리는보기 : (A) 표준 사진, (B) 세그먼트 전경 지역 및 사진 이미지 (C) 세그먼트 마커. 두 번째 연속으로, 우리는보기 : (D) 표준 재관류지도 (E) 세그먼트 전경 지역 및 재관류의지도 (F) 세그먼트 마커. 마커 위치의 두 집합 사이의 affine 변환을 계산했습니다. 공동 등록 이미지 (G와 H) 사진 이미지와이 회복 affine 변환을 사용하여 산소지도를 변환하여 얻을 수 있었다. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig13.jpg" alt="그림 13" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 13"> 그림 13. 공동 등록 결과. 함께 재관류지도로 변환 사진 및 산소지도, 공동 등록과 열지도로 표시되었습니다. (A)의 열지도는 레드 채널에서 변환된 사진 이미지의 100 %, 녹색 채널의 변형 산소 이미지의 100 %와 푸른 채널에서 재관류지도의 50 %를 만납니다. 더 나은 혈관을 시각화하기 위해, 우리는 (B)에서와 공동 등록 결과의 다른 버전을 제시한다. 열지도는 적색 채널에서 변형 사진 이미지의 100 %로 구성되었다, 50 녹색 채널, 그리고 혈관 인덱스지도가 거꾸로되었다 파란색 채널 변화 재관류지도의 50 %에 변형 산소 이미지의 %만이 정보 전경 지역은 보관되었습니다 이내.

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관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

산소는 헤모글로빈이나 미오 글 로빈 바운드 산소, 용존산소와 반응 산소 종과 같은 여러 형태의 생물 학적 조직에 존재합니다. 산소 수송 조직 생존과 정상적인 신진 대사 과정 3 유지에 중요한 역할을합니다. 중간 hypoxia에 급성 온화는 신진 대사가 적응, 혈관 조절, 그리고 angiogenic 답변 4 시작됩니다. 익스 트림 hypoxia와 산소 결핍이 불충 분한 angiogenesis 및 세포 사망으로 이어질 것입니다. 제한된 산소 공급 증가 산소 요구량 사이의 불균형은 만성 상처 5 여러 장애에 대한 주요 원인이되는 요인 중 하나입니다. 허혈성 상처의 경우에는 산소 공급은 재관류의 부족에 의해 제한되며 치유 과정의 대사가 필요하고 감염을 싸우는 목적으로 손상 호흡 버스트 기능을 충족시키지 수 있습니다. 피부 조직의 산소와 혈관 기능의 동시 평가는 만성 상처 관리의 임상 의미가있다. hyperspectral 이미징 기술은 조명에 의해 피부 조직 조직 산소를 추정하고 다른 파장 6 조직 반사율을 감지. hyperspectral 이미지 중 하나는 가장 큰 장점은 비침습 및 조직 기능 등록 정보의 비 접촉 감지합니다. 그러나 많은 hyperspectral 이미징 시스템을위한 산소 측정의 신뢰성은 피부 색깔과 다른 배경 흡수 변화에 의해 영향을받습니다. 와이드 갭 초 유도체 분광은 산란 및 피부 착색 1 최소한의 효과와 조직 산소 측정 이전에 개발되었습니다. 우리는 multispectral 이미징에 두 번째 파생 분광법의 원리를 적용하여 시뮬레이션 피부 색상의 변화와 함께 독립적인 피부 조직 산소의 지속적인 측정을 보여주었다. 조직 재관류는 이전에 다음 ID로 조직 열 확산에 7을 측정하여 공부했습니다. 하나의 후드 방법은 피부 조직 열 관성 분포 8 추정하기 위해 열 자극 및 이미지 조직 역동적인 반응을 소개하기 위해 개발되었습니다. 동맥 폐색 커프의 대상이 인간의 팔뚝 피부에 대한 실험은 폐색 8 이전과 혈액의 흐름 동안 레이저 도플러 영상기로 측정 열 관성과 혈액 관류 사이의 선형 관계를 보여주었다. 일괄 bioheat 모델은 또한 정맥 폐색 plethysmography 9시 손가락 팁 혈관의 반응을 추정하는 데 사용되었다. 위의 노력에도 불구하고, 피부 온도 측정에서 quantifying 피부 혈액 관류 때문에 감성의 부족, 피하 지방 두께에 의존, 그리고 vasoconstriction, vasodilation, 및 모션 아티팩트 10 같은 다른 요인의 도전이다. 이 프로토콜에서는, 우리는 실온에서 열 자극에 대한 응답으로 조직 온도 역학을 캡처하는 적외선 카메라를 사용합니다. 온도 자극은 vasoconstriction과 vasodilation의 효과가 최소화되었습니다 있도록 선정되었습니다. 또한 모델링 및 측정 노력 혈관 기능 색인과 피부 조직 재관류 사이에 신뢰할 수있는 양적 상관 관계를 윤곽을 그리다하기 위해 필요합니다. # 3에서는, 우리는 공동 작업 등록에 대한 affine 변환을 사용합니다. 그러나, 두 카메라가 3D 공간에서 서로 다른 각도로 위치하는 감안할 때, 그것은 두 카메라 사이의 3D 변환 관련 변환을 적용하기 위해 잠재적으로 더 정확합니다. 현재 우리는 epipolar 지오메 트리를 사용하여 3D 공간에서 카메라의 외부 교정을 포함되는 방향으로 모색하고 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Higgins Calligraphy 방수 블랙 잉크</td><td>Sanford</td><td>44314</td><td>1%로 희석</td></tr><tr><td>Hamamatsu ORCA ER 딥 쿨링 CCD 카메라</td><td>Hamamatsu Corp.</td><td>C4742-80-12AG</td><td></td></tr><tr><td>Varispec SNIR 액정 가변 필터</td><td>Cambridge Research Systems</td><td>VIS-10-HC-20</td><td></td></tr><tr><td>ThermoVision A40 적외선 카메라</td><td>FLIR Systems Inc.</td><td>A40</td><td></td></tr><tr><td>Thorlabs OSL1 고강도 파이버 광원</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>OSL1</td><td></td></tr></tbody></table>

피부 조직 산소와 혈관 기능의 듀얼 모드 영상

Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function

피부 조직의 산소와 혈관 기능의 정확한 평가는 같은 만성 상처 많은 건강 장애의 적절한 감지, 스테이징 및 치료를 위해 중요합니다. 우리는 피부 조직 산소와 혈관 기능의 비침습 및 비 접촉 이미징을위한 이중 모드 이미징 시스템의 개발을보고합니다. 이미징 시스템은 적외선 카메라, CCD 카메라, 액정 조정할 수있는 필터 및 높은 강도 섬유 광원을 통합. Labview 인터페이스는 장비 제어, 동기화, 이미지 수집, 처리 및 시각화하기 위해 짜여졌다. CCD 카메라에 의해 촬영된 Multispectral 이미지가 조직 산소지도를 재구성하는 데 사용되었습니다. 적외선 카메라로 촬영된 동적 열감지 이미지는 혈관 기능지도를 재구성하는 데 사용되었습니다. 피부 조직의 산소 및 혈관 기능 이미지 신탁 마커를 통해 공동 등록되었다. 듀얼 모드 영상 시스템의 성능 특성은 인간에서 테스트되었습니다.

이중 모드 이미징 시스템은 피부 조직의 산소와 혈관 기능의 비 접촉 평가 위해 개발되었습니다.

피부 조직의 산소포화도와 혈관 기능을 정확하게 평가하는 것은 많은 건강 상태의 적절한 검출, 병기 결정 및 치료를 위해 중요합니다.

피부 조직의 산소포화도와 혈관 기능을 정확하게 평가하는 것은 만성 상처를 포함한 많은 건강 질환의 적절한 진단, 병기 결정 및 치료에 있어 중요합니다. 본 영상에서는 적외선 카메라, CCD 카메라, 액정 가변 필터 및 고강도 광섬유 광원이 통합된 새로운 듀얼 모드 영상 시스템을 사용하여 피부 조직 산소포화도와 조직 혈관의 열 반응성을 비침습적으로 촬영합니다.이중 모드 영상 시스템으로 모니터링하면서 혈압 커프를 사용하여 건강한 피험자의 팔 조직에 산소화 변화를 유도하고, 이를 심부 조직 산소화 및 피부 조직의 동시 측정값과 비교합니다. 또한 외부 열 자극에 반응하는 조직 산소 분압 및 조직 온도 변화를 기록하여 혈관 열 반응 지도를 재구성합니다. 피부 조직 산소화 지도와 조직 혈관 열 반응 지도는 고급 공동 등록 알고리즘을 통해 융합됩니다. 본 연구에서는 상처 조직의 산소 포화도를 비침습적으로 모니터링하고 동적 열화상 프로파일을 측정할 수 있는 새로운 영상 시스템의 개발에 대해 설명하며, 이는 발열성 염증을 연구하고 염증 후 혈관 생성 단계 동안 상처 조직으로 유입되는 온혈의 흐름을 추적하는 데 도움이 됩니다.임상적 관점에서 이 영상 시스템은 영상 유도 데브리망(debridement)과 같이 급성 및 만성 상처 관리 분야의 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움이 될 잠재력을 가지고 있습니다. 또한 조직 산소 포화도를 반복적으로 측정함으로써 상처 치료 개입에 대한 반응성을 비침습적으로 모니터링하는 데 기여할 것입니다. 오하이오 주립대학교 종합 상처 센터(Comprehensive Wound Center)에서 개발한 이 이중 모델 영상 시스템은 상처 조직의 산소 포화도와 혈관 기능을 동시에 평가하기 위한 첫 단계입니다.보시는 바와 같이, 시스템은 이제 기능 테스트를 위한 준비가 완료되었으며, 엔지니어링 설계를 표준화된 프로토콜 및 일상적인 임상 사용을 위해 검증된 시스템으로 개선하려는 노력이 진행 중입니다. 영상 하드웨어와 재구성 알고리즘 외에도, 서로 다른 영상 모달리티에서 획득한 오버레이 영상을 통합하고 시각화하기 위해 더 빠른 영상 공동 등록(co-registration) 방법을 개발하였습니다. 이 접근 방식은 모듈형으로 설계되어 향후 새로운 영상 플랫폼의 추가가 가능합니다.먼저 건강한 피험자를 준비합니다. 피험자의 왼쪽 전완을 카운터 위에 올려놓고 편안하게 앉게 합니다. 브러시를 사용하여 피험자의 전완에 인도 잉크(India ink)를 얇게 펴 발라 다양한 피부색을 모사합니다.잉크가 칠해진 피부와 일반 피부를 모두 포함하는 관심 영역(ROI)을 정의하기 위해 피험자의 전완부에 4개의 기준 마커를 배치합니다. 기준 마커는 열 및 광학적 대조를 동시에 제공하여 이미지 공동 등록(co-registration)을 용이하게 하며, 여기서는 오하이오 주립대학교 종합 상처 센터(comprehensive wound center of the Ohio State University)에서 개발한 듀얼 모드 이미징 시스템이 사용됩니다. 이 이미징 시스템은 조직 산소포화도의 다분광 이미징을 수행하기 위한 적외선 카메라, CCD 카메라, 액정 가변 필터 및 고강도 파이버 광원으로 구성됩니다.모든 외부 광원을 끈 다음, 피험자가 팔을 위치시키도록 하고 이미지를 캡처합니다. 이미징 소프트웨어는 각 파장에서의 노출 시간을 자동으로 보정합니다. 관심 영역에서 샘플 이미지를 수집한 후, 이미징 영역에 화이트보드를 배치하고 서로 다른 파장에서 반사 이미지를 획득합니다.이 이미지들은 보정용으로 사용됩니다. 참조 이미지를 획득한 후, 반사율 비율을 계산하고 wide gap을 기준으로 각 픽셀의 조직 산소화도를 도출합니다.2차 미분 스펙트럼. 비교를 위해, 시판 시스템을 사용하여 피부 조직 산소포화도 맵을 획득함으로써 피부색의 변화가 각 시스템의 산소포화도 측정에 영향을 미치는지 확인합니다. 통계 분석 소프트웨어를 사용하여 잉크가 있는 영역과 없는 영역의 측정값을 비교하는 student's T-test를 수행합니다.다음으로, 피험자의 왼쪽 상완에 혈압 커프를 착용시킵니다. 피험자의 수축기 및 이완기 혈압을 측정하여 기록합니다. plex TS 조직 분광 광도계와 A TCM 경피 산소 측정기의 센서를 동일한 팔에 부착하고, 기기를 켜서 피부 조직 산소화 맵을 모니터링하며 20분 동안 예열합니다.폐쇄 후 반응성 충혈(postocclusive reactive hyperemia, PORH)을 수행하여 팔 조직의 산소포화도 변화를 유도합니다. 시작 버튼을 클릭하여 이미징을 시작하십시오. 폐쇄 전 기저 상태를 2분 동안 모니터링합니다.다음으로, 수축기 혈압보다 50 mmHg 높게 혈압 커프를 팽창시켜 수축기 초과 폐쇄를 유도합니다. 커프를 팽창시킨 상태로 2분 동안 유지하며 조직 파라미터의 변화를 지속적으로 모니터링합니다. 마지막으로, 압력 커프를 빠르게 수축시켜 반응성 충혈을 유도합니다.2분 동안 모든 조직 산소 파라미터를 기록하십시오. 동적 열화상 이미징을 수행하기 위해, 건강한 피험자가 편안한 상태가 되도록 하십시오.피험자가 왼쪽 팔을 조리대 위에 올려놓고 앉게 합니다. 왼손 등 부분이 영상 시스템의 적외선 카메라 유닛을 향하도록 위치시킵니다. 다음으로 왼손 손가락 끝에 레이저 도플러 프로브를 배치하여 10 hertz의 샘플링 속도로 피부 관류를 지속적으로 모니터링합니다.피험자의 왼쪽 상완에 혈압 커프를 착용합니다. 그런 다음 피험자의 수축기 및 이완기 혈압을 측정하여 기록합니다. 혈압 커프의 팽창 정도를 조절하여 다음과 같은 압력 수준에서 서로 다른 단계의 혈관 폐쇄를 유도합니다: 폐쇄 없음, 이완기 혈압의 0.5배, 이완기 혈압과 수축기 혈압의 합의 0.5배, 그리고 수축기 혈압의 1.5배.다음으로, 혈관 폐쇄가 없는 상태와 수축기 폐쇄 상태의 두 가지 혈관 폐쇄 수준에서 열화상 이미징 테스트를 수행합니다. 상온의 물주머니를 왼손에 30초 동안 올려두어 열 자극을 줍니다. 물주머니를 제거한 즉시, 초당 2프레임의 촬영 속도로 열화상 이미지를 연속적으로 획득하기 시작합니다.소프트웨어를 사용하여 조직 혈관 열 반응 함수를 결정합니다. 열 자극 지속 시간의 제곱근과 그에 따른 조직 온도 변화의 비율을 구해 열화상 이미지의 각 픽셀에서의 함수 지수를 계산합니다. 조직 혈관 열 반응 맵 내 5개의 ROI 평균을 내어 각 폐쇄 압력에서의 손가락 혈관 열 반응 값을 계산합니다. 손가락 혈관 열 반응 값을 서로 다른 폐쇄 수준에서의 손가락 혈관 관류에 대한 레이저 도플러 측정값과 비교합니다.다분광 이미징(multispectral imaging)으로 얻은 산소포화도 맵과 동적 열화상 이미징(dynamic thermographic imaging)으로 얻은 혈관 기능 맵을 공동 등록(coregister)합니다. MATLAB을 사용하여 모든 이미지를 그레이스케일로 변환합니다. 그다음 픽셀 강도 값을 0과 1 사이로 설정하여 정규화합니다.다음으로 산소화 맵 또는 다분광 이미지에서 전체 이미지의 평균 강도 값의 0.8배라는 경험적 전역 임계값보다 픽셀 강도 값이 큰 전경 또는 피부 영역을 식별합니다. 형태학적 연산을 사용하여 이미지를 더욱 개선합니다. 다음으로 조명 변화에 대응하기 위해 기준 마커를 식별합니다.이 마커들은 전경에서 더 어두운 영역으로 나타나며, 강도 값이 전역 및 적응형 국소 임계값보다 낮게 측정됩니다. 모폴로지 연산을 사용하여 이미지의 노이즈를 제거함으로써 기준 마커 영역을 정밀화하고, 이 네 영역의 OID를 광학 사진의 제어점으로 선택하십시오.혈관 기능 지도 또는 열화상 이미지에서 마커 영역을 식별하기 위해 유사한 단계를 반복합니다. 근접성을 기준으로 두 제어점 세트를 매칭합니다. 이를 동일한 척도로 정규화한 후, 첫 번째 이미지의 제어점을 가장 가까운 제어점과 매칭합니다.두 번째 단계에서는 혈관 기능 지도(vascular function map)를 기준으로 두 이미지 사이의 평행 이동, 회전 및 스케일 정보가 포함된 정밀 변환(fine transformation)을 계산합니다. 그런 다음, 계산된 변환을 사용하여 산소포화도 지도(oxygenation map)를 변환합니다.마지막으로, 시각화를 위해 정합된 이미지들을 겹쳐서 나타냅니다. 포괄적인 상처 중심 듀얼 모드 영상 시스템을 사용하여 건강한 피험자의 전완부에서 획득한 재구성된 피부 조직 산소포화도 맵이 여기에 표시되어 있습니다. 도포된 조직 영역과 도포되지 않은 조직 영역 사이에 유의미한 산소포화도 차이가 관찰되지 않음에 유의하십시오.산소포화도 측정값을 평가하기 위해 잉크로 칠해진 영역의 내부와 외부에서 10개의 ROI를 무작위로 선택하였습니다. 여기에 제시된 결과는 종합 상처 센터 시스템을 통한 조직 산소포화도 측정이 피부색에 의해 유의미한 영향을 받지 않음을 시사합니다. 이와 대조적으로, 상용 시스템을 사용하여 획득한 조직 산소포화도 측정값은 피부색에 의해 유의미한 영향을 받습니다.종합 상처 센터 영상 시스템은 PORH 절차의 기저 폐쇄 및 충혈 단계 전반에 걸쳐 피부 조직 산소화의 변화를 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. PORH 절차 동안 피부 조직 산소화의 변화는 심부 조직 산소화의 변화와 일치합니다. 또한, 종합 상처 센터 영상 시스템은 피부 조직 혈관의 열 반응성을 영상화할 수 있습니다.이 그림들은 압박 커프에 의해 도입된 서로 다른 혈관 폐쇄 압력 하에서 동일한 피험자의 대표적인 혈관 기능 지도를 보여줍니다. 피험자의 손가락 끝에서 측정된 평균 혈관 기능 지수는 손가락 끝의 레이저 도플러 측정값과 상관관계가 있습니다. 피부 조직 관류.영상 시스템을 통해 획득한 산소포화도 맵과 혈관 기능 맵은 공동 등록 알고리즘(co-registration algorithm)에 의해 융합됩니다. 이 그림은 대표적인 이미지 융합 사례를 보여줍니다. 본 시스템은 지속적인 조직 산소포화도와 조직 혈관 열 반응성을 동시에 평가하기 위한 이중 모델 이미지 시스템입니다.형광 이미징과 같은 다른 플랫폼을 추가할 수 있습니다. 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소의 시스템 통합은 핵심적인 초석이 됩니다. 이러한 노력의 일환으로, 시스템 내의 이미지 공동 등록(co-registration) 알고리즘을 쉽게 조정하여 추가적인 이미징 양식을 수용할 수 있어, 본 제품은 다각적인 활용이 가능합니다.이 영상을 시청하신 후, 여러분은 이 새로운 이미징 접근법이 제공하는 가능성에 대해 충분히 이해하시게 될 것입니다. 이 시스템의 개발은 오하이오 주립대학교의 종합 상처 센터(comprehensive wound Center)에서 이루어진 학제간 중개 연구의 한 사례입니다. 실험에서 좋은 결과 있으시길 바랍니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Medicine

의학

우리는 인광의 산소에 의존 담금질에 따라 대뇌 vasculature에서 산소의 부분 압력 (pO2)을 측정하는 실험 절차를 제시한다. 동물 준비 및 이미징 절차 쥐의 pO2 볼 때 CCD 기반 영상의 넓은 분야와 생쥐의 pO2의 2 광자 여기 기반 이미징 모두에게 설명했다.

인광의 산소에 의존 담금질을 바탕으로 대뇌 혈액 산소 측정

에서는 실시간으로 3차원 기능 및 분자 이미징을 위해 새로 개발된 휴대용 광음향(광음향) 시스템을 사용한 이미징을 위한 실험 프로토콜에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 입증된 강력한 성능과 다양성은 전임상 연구 및 임상 실습에서 광음향 기술의 새로운 응용 분야를 정의할 수 있습니다.

범용 실시간으로 깊은 조직 인간의 혈관 조영술과 기능 전임상 연구를위한 3 차원 광 음향 이미징 프로브를 손 개최

헤모글로빈 농도, 멜라닌 농도 및 산소 포화도를 포함한 조직 생리학적 매개변수와 표재성 조직 이미지 데이터를 함께 등록할 수 있는 다중 모드 마이크로 내시경의 조립 및 사용에 대해 설명합니다. 이 기술은 조직 구조 및 관류를 평가하는 데 유용할 수 있으며 연구자의 개별 요구에 맞게 최적화할 수 있습니다.

멀티 모달 이미징 및 비 침습적에 대한 분광학 섬유 다발 Microendoscopy 플랫폼,<em&gt; 생체</em&gt; 조직 분석

이 기사에서는 망막 이미지를 획득하면서 혈관 활성 자극을 전달하기 위해 가스 호흡 도발 기술을 사용하여 인간 피험체와 함께 생체 내에서 망막 혈관 반응성을 측정하는 방법을 설명합니다.

광학 일관성 단층 조영술 혈관 조영술에 의해 평가된 망막 혈관 반응성

본 프로토콜은 생체내 인간 피부 혈관구조의 다중 스펙트럼 광음향 이미지의 획득을 설명한다. 여기에는 기능 분석을 위한 관심 발색단으로 간주되는 헤모글로빈과 멜라닌의 정량화가 포함됩니다.

혈관 연구의 기능적 이미징을 위한 다중 스펙트럼 광음향 단층 촬영

혈관 활성 호흡 조작과 결합된 산소 민감성 심장 자기 공명 영상에 의한 미세혈관 기능 평가는 생체 내 심근 산소화의 급격한 동적 변화를 평가할 수 있는 능력에서 독보적이며, 따라서 관상 동맥 혈관 기능에 매우 중요한 진단 기법이 될 수 있습니다.

관상 동맥 미세혈관 기능 장애의 비침습적 평가를 위한 혈관 활성 호흡 기동을 사용한 산소 민감성 심장 MRI

이 논문은 장간막 허혈을 감지하고 장 괴사를 예방하는 데 있어 기존 방법의 한계를 극복하는 것을 목표로 하는 다중 모드 접근 방식을 제시합니다. 제시된 기술은 최첨단 초음파와 최첨단 근적외선 기술을 결합하여 유망한 솔루션을 제공합니다.

장간막 허혈의 다중 양식 진단

근적외선 확산 광학을 기반으로 하는 다중 모드 장치를 사용하여 절대 미세혈관 혈류 지수와 혈중 산소 포화도를 비침습적으로 지속적으로 측정하는 프로토콜을 설명합니다. 그런 다음 혈관 폐색 검사를 사용하여 산소 소비량과 반응성 충혈의 대사율을 평가합니다.

중환자 치료를 위한 하이브리드, 근적외선 확산 광학 분광법을 사용한 미세혈관 산소화 및 반응성 충혈의 비침습적 모니터링

여기에서는 근적외선 분광법을 사용하여 하지의 반응성 충혈을 평가하는 비침습적 접근 방식을 설명합니다. 이 프로토콜은 혈관 기능 장애의 존재와 치료 중재의 효능을 결정하는 데 사용할 수 있는 혈관 및 미세혈관 반응성에 대한 표준화된 평가를 제공합니다.

Near-Infrared Spectroscopy during Reactive Hyperemia for the assessment of lower limb vasscular function(하지 혈관 기능 평가를 위한 반응성 충혈 중 근적외선 분광법) 

쥐 종양의 정량적 3D 산소 맵은 Pulse Electron Paramagnetic Resonance를 사용하여 비침습적으로 이미지화되었습니다. 초음파 B 모드와 파워 도플러는 해부학 및 혈관 구조에 사용되었습니다. 두 양식의 이미지를 중첩하여 다중 매개변수 종양 분석을 가능하게 했습니다.

종양 저산소증 평가: 전자 상자성 공명을 통한 생체 내 3D 산소 이미징 

여기서는 암과 상처 치유의 전임상 모델을 평가하기 위한 산소 민감성 – 동적 조영 강화 광음향 영상(OS-DCE OAI)을 수행하는 프로토콜을 소개합니다. OS OAI는 옥시-및 디옥시-헤모글로빈 영상을 통해 조직 산소 공급을 매핑할 수 있습니다. DCE-OAI는 외인성 조영제의 약동학을 영상화하여 혈관 관류를 지도화할 수 있습니다.

OS-DCE OAI를 이용한 암 및 상처 치유의 전임상 모델에서 산소 공급 및 혈관 관류 평가

학습하세요 피부 조직 산소화와 혈관 기능을 동시에 평가하는 듀얼 모드 영상 시스템을 활용한 비침습적 상처 모니터링 방법을. 이 기술은 임상 상처 관리에 혁신적인 진단 도구를 제공합니다.

피부 조직 산소와 혈관 기능의 듀얼 모드 영상

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