Opracowano dwumodalny system obrazowania do bezkontaktowej oceny utlenowania tkanek skóry oraz funkcji naczyniowej.
Artykuł metodologiczny
Obrazowanie dwutrybowe utlenowania tkanki skórnej i funkcji naczyniowej
Otwiera się w nowej karcie
W tym artykule
Podsumowanie
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Streszczenie
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Dokładna ocena utlenowania tkanek skórnych oraz funkcji naczyniowych jest istotna dla właściwego wykrywania, określania stopnia zaawansowania i leczenia wielu schorzeń, takich jak rany przewlekłe. Opisujemy opracowanie dwumodalnego systemu obrazowania do nieinwazyjnego i bezkontaktowego obrazowania utlenowania tkanek skórnych oraz funkcji naczyniowych. System obrazowania zintegrowano z kamerą podczerwien owną, kamerą CCD, regulowanym filtrem ciekłokrystalicznym oraz światłowodowym źródłem światła o wysokiej intensywności. Zaprogramowano interfejs Labview do sterowania urządzeniami, synchronizacji, akwizycji, przetwarzania i wizualizacji obrazów. Obrazy wielospektralne zarejestrowane przez kamerę CCD wykorzystano do rekonstrukcji mapy utlenowania tkanek. Dynamiczne obrazy termograficzne zarejestrowane przez kamerę podczerwienią posłużyły do rekonstrukcji mapy funkcji naczyniowych. Obrazy utlenowania tkanek skórnych oraz funkcji naczyniowych zarejestrowano wspólnie przy użyciu markerów fiducyjnych. Charakterystyka działania dwumodalnego systemu obrazowania została przetestowana u ludzi.
Protokół
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Mapowanie utlenowania tkanek za pomocą obrazowania wielospektralnego
W Ohio State University opracowano dwumodalny system obrazowania Comprehensive Wound Center (CWC), zwany dalej systemem CWC, służący do wielospektralnego obrazowania utlenowania tkanki skórnej oraz obrazowania termograficznego funkcji naczyniowej. Do rekonstrukcji map utlenowania tkanki na podstawie obrazów wielospektralnych wykorzystano technikę spektroskopii drugiej pochodnej o szerokim odstępie 1. W niniejszym badaniu zdrowy ochotnik siedział z lewym przedramieniem spoczywającym na blacie. Fragment przedramienia znajdujący się w polu widzenia systemu CWC pomalowano tuszem indyjskim (1% roztwór w etanolu), aby zasymulować różne kolory skóry. Wykonano obrazy wielospektralne, a następnie zrekonstruowano mapę utlenowania na podstawie widma drugiej pochodnej o szerokim odstępie. Zrekonstruowaną mapę utlenowania porównano z mapą uzyskaną za pomocą komercyjnego systemu pomiaru utlenowania tkanki Hypermed OxyVu w obrazowaniu hiperspektralnym.
Reakcje utlenowania tkanek na okluzję naczyniową badano u tego samego badanego zgodnie z protokołem hiperemii reaktywnej po okluzji (PORH) 2. Przed testem PORH zmierzono skurczowe i rozkurczowe ciśnienie tętnicze badanego za pomocą mankietu uciskowego umieszczonego na lewym ramieniu. Protokół PORH składał się z dwuminutowego okresu pomiarowego wyjściowego przed okluzją, dwuminutowego okresu okluzji nadciśnieniowej (ciśnienie skurczowe + 50 mm Hg) oraz dwuminutowego okresu hiperemii reaktywnej. Obrazy wielospektralne pozyskano przy czterech długościach fal (tj. 530nm, 550nm, 570nm i 590nm) podczas testu PORH z częstotliwością próbkowania 0,75 sekundy na każdą długość fali. Nasycenie tlenem tkanek głębokich oraz napięcie tlenu w tkankach skórnych tego samego ramienia rejestrowano jednocześnie odpowiednio za pomocą spektrofotometru tkankowego OxiplexTS (ISS Inc., Urbana Champaign, IL) i transkutanicznego monitora tlenu TCM (Radiometer, Dania).
2. Mapowanie funkcji naczyniowej za pomocą dynamicznej obrazowania termograficznego
Dynamiczne obrazowanie termograficzne zostało zademonstrowane u zdrowego ochotnika przy użyciu tego samego systemu CWC. Badany leżał wygodnie na stole w pozycji na plecach, z lewym ramieniem spoczywającym na blacie i grzbietem lewej dłoni skierowanym do góry, w stronę jednostki kamery podczerwieni systemu CWC. Sonda laserowego dopplerowskiego przepływomierza została umieszczona na opuszkach palca tej samej dłoni w celu ciągłego monitorowania perfuzji skóry palca. Na lewym ramieniu umieszczono mankiet uciskowy, aby uzyskać różne stopnie okluzji. Przed eksperymentem poproszono badanego o odpoczynek przez co najmniej 10 minut, a mankietem uciskowym zarejestrowano ciśnienie skurczowe i rozkurczowe. Dynamiczne obrazy termograficzne rejestrowano przy następujących poziomach ciśnienia w mankiecie: brak okluzji, 0,5 x ciśnienie rozkurczowe, 0,5 x (ciśnienie rozkurczowe + ciśnienie skurczowe) oraz 1,5 x ciśnienie skurczowe. Przy każdym poziomie ciśnienia w mankiecie wprowadzano stymulację termiczną poprzez umieszczenie worka z wodą o temperaturze pokojowej (25°C) na lewej dłoni na 30 sekund. Natychmiast po usunięciu stymulacji termicznej pozyskiwano obrazy termograficzne lewej dłoni z częstotliwością 2 klatek/s, a perfuzję skóry palca rejestrowano sondą laserowego dopplerowskiego przepływomierza z częstotliwością próbkowania 10 Hz. Odstęp czasu między testami wynosił 10 min. Pozycja lewej dłoni została zaznaczona wcześniej, aby kolejne pomiary wykonywano w tej samej pozycji. Funkcje naczyniowe tkanek przy różnych poziomach okluzji oceniano poprzez obliczenie zarówno odpowiedzi temperaturowej, jak i wskaźnika funkcji naczyniowej. Wskaźnik funkcji naczyniowej zdefiniowano jako stosunek pierwiastka kwadratowego z czasu po stymulacji termicznej do odpowiadającej mu zmiany temperatury.
3. Korejestracja mapy natlenienia tkanek i mapy funkcji naczyniowej
Mapa funkcji naczyniowej tkanki skórnej uzyskana za pomocą dynamicznego obrazowania termograficznego oraz mapa natlenienia tkanki skórnej uzyskana za pomocą obrazowania wielospektralnego zostały zarejestrowane wspólnie za pomocą zaawansowanego algorytmu obrazowania. Na tkance biologicznej umieszczono cztery znaczniki fiducyjne o jednoczesnym kontraście termicznym i optycznym, aby ułatwić korejestrację obrazów. Obecnie protokół korejestracji obrazu optycznego (oraz mapy natlenienia) z obrazem termicznym (oraz mapą funkcji naczyniowej) obejmuje następujące kluczowe kroki: 1) konwersja wszystkich obrazów na skalę szarości i normalizacja wartości intensywności pikseli w zakresie od 0 do 1; 2) w przypadku zdjęcia optycznego identyfikacja obszaru pierwszego planu (skóry), który posiada wartości intensywności pikseli wyższe niż empiryczny próg globalny (0,8 średniej wartości intensywności całego obrazu); niewielkie ubytki w obszarze pierwszego planu wypełniono za pomocą morfologicznej operacji domykania; 3) identyfikacja obszarów znaczników fiducyjnych jako ciemniejszych regionów na pierwszym planie, których wartości intensywności są niższe zarówno od progu globalnego, jak i adaptacyjnego progu lokalnego, zdefiniowanego przez średnie wartości pikseli w sąsiedztwie 20 na 20 pikseli. Adaptacyjny próg lokalny pozwolił na uwzględnienie zmienności oświetlenia; 4) doprecyzowanie obszarów znaczników fiducyjnych za pomocą operacji morfologicznych w celu usunięcia szumów i impulsów; centroidy czterech obszarów wybrano jako punkty kontrolne na zdjęciu optycznym; 5) powtórzenie analogicznych kroków w celu identyfikacji obszarów znaczników na obrazie termicznym; 6) dopasowanie dwóch zestawów punktów kontrolnych na podstawie bliskości (biorąc pod uwagę, że obie kamery były rozmieszczone blisko siebie); 7) obliczenie transformacji afinicznej między dwoma obrazami, przyjmując obraz termiczny jako referencyjny, a następnie odpowiednie przekształcenie zdjęcia optycznego i mapy natlenienia (uzyskanej z tej samej kamery co zdjęcie optyczne); 8) na koniec wygenerowanie nałożonych na siebie obrazów do wizualizacji.
4. Reprezentatywne wyniki:
Reprezentatywne wyniki dla protokołu natleniania (tj. #1) to mapy natlenienia tkanki skórnej zrekonstruowane w oparciu o spektroskopię drugiej pochodnej z szeroką przerwą. Metoda spektroskopii drugiej pochodnej z szeroką przerwą skutecznie zredukowała artefakty pomiarowe spowodowane absorpcją tła tkankowego, dzięki czemu pomiar natlenienia skóry był w mniejszym stopniu podatny na symulowane zmiany koloru skóry. Przedstawiliśmy również protokół PORH, w którym jednocześnie rejestrowano mapę natlenienia tkanki skórnej, natlenienie tkanek głębokich oraz napięcie tlenu w tkance skórnej.
Reprezentatywne wyniki dla protokołu funkcji naczyniowej (tj. nr 2) obejmują rozkłady temperatury tkanki skórnej, zmiany temperatury tkanki skórnej w odpowiedzi na zewnętrzną stymulację termiczną oraz mapy indeksu naczyniowego tkanki skórnej opracowane na podstawie dynamicznego obrazowania termograficznego. Zaobserwowano korelacje między obrazowaniem termograficznym indeksu naczyniowego tkanki skórnej a pomiarem perfuzji tkanki skóry za pomocą dopplerowskiej metody laserowej.
Reprezentatywne wyniki dla protokołu korejestracji (tj. #3) obejmują mapę natlenienia tkanki, mapę indeksu naczyniowego oraz fuzję obrazów fotograficznych, map natlenienia i indeksu naczyniowego, skorejestrowanych za pomocą wielokontrastowych markerów fiducyjnych.
Rysunek 1. Konfiguracja dwutrybowego systemu CWC do bezkontaktowego obrazowania utlenowania tkanek i funkcji naczyniowej. System został zainstalowany na wózku mobilnym. Składał się on z kamery termowizyjnej w podczerwieni, kamery CCD, regulowanego filtra ciekłokrystalicznego oraz szerokopasmowego źródła światła. Do synchronizacji zadań gromadzenia danych, ich analizy i wyświetlania wykorzystano komputer.
Rysunek 2. Interfejs oprogramowania systemu CWC. Interfejs oprogramowania został zaprogramowany w środowisku Labview. W lewym górnym rogu interfejsu znajduje się panel sterowania konfiguracją sprzętu i kalibracją systemu. Po prawej stronie interfejsu znajduje się wyświetlacz w czasie rzeczywistym mapy temperatury tkanki pozyskanej za pomocą kamery podczerwieni. Na dole interfejsu znajdują się pomiary laserowskie dopplerowskie perfuzji tkanki skórnej.
Rycina 3. Interfejs oprogramowania systemu CWC (cd.). Jest to okno pop-up służące do wyświetlania parametrów utlenowania tkanek. Po lewej stronie znajduje się mapa utlenowania tkanek zrekonstruowana z obrazów wielospektralnych. Prawa strona interfejsu wyświetla następujące parametry utlenowania tkanek (od góry do dołu): (1) utlenowanie tkanki skórnej uśrednione z wybranego obszaru zainteresowania (ROI) na mapie utlenowania tkanek; (2) utlenowanie tkanek głębokich monitorowane za pomocą oksymetru tkankowego OxplexTS; (3) ciśnienie tlenu w tkance skórnej monitorowane za pomocą transkutaneousnego monitora tlenu TCM.
Rysunek 4. Obrazowanie utlenowania tkanki skórnej za pomocą systemu obrazowania OxyVu. Po lewej stronie znajduje się obraz tkanki skóry w skali szarości. Na skórę nałożono warstwę tuszu, aby symulować kolor skóry. Po prawej stronie przedstawiono mapę utlenowania tkanki skórnej uzyskaną za pomocą systemu OxyVu. Wybrano dwa kwadratowe obszary zainteresowania (ROI) odpowiednio wewnątrz i na zewnątrz obszaru pokrytego tuszem. Dla ROI wewnątrz obszaru pokrytego tuszem średnie utlenowanie tkanki skórnej wynosiło 62.8±11.0%. Dla ROI na zewnątrz obszaru pokrytego tuszem średnie utlenowanie tkanki skórnej wynosiło 44.0±11.0%. Odnotowano różnicę wynoszącą 18.8% w pomiarach utlenowania tkanki skórnej wewnątrz i na zewnątrz obszaru skóry pokrytego tuszem.
Rycina 5. Obrazowanie utlenowania tkanki skórnej za pomocą systemu CWC. Obrazy wielospektralne zostały zarejestrowane przez system CWC w tym samym miejscu skóry u tego samego badanego, co na Rycini 4. Lewa rycina przedstawia obraz tkanki skórnej przy pojedynczej długości fali, a prawa rycina to zrekonstruowana mapa utlenowania tkanki skórnej. Na skórę nanieśli warstwę tuszu o takim samym stężeniu jak na Rycini 4. Wybrano dwa kwadratowe obszary zainteresowania (ROI), odpowiednio wewnątrz i na zewnątrz obszaru pokrytego tuszem. Dla ROI wewnątrz obszaru pokrytego tuszem średnie utlenowanie tkanki skórnej wyniosło 60,9±6,9%. Dla ROI na zewnątrz obszaru pokrytego tuszem średnie utlenowanie tkanki skórnej wyniosło 65,8±5,5%. W pomiarach utlenowania tkanki skórnej wewnątrz i na zewnątrz obszaru skóry pokrytego tuszem zaobserwowano różnicę wynoszącą 4,9%.
Rycina 6. Wpływ symulowanych zmian koloru skóry na wiarygodność pomiarów utlenowania tkanki skórnej. Przeprowadzono analizę statystyczną, aby określić istotność wpływu symulowanych zmian koloru skóry na pomiary utlenowania dla systemów obrazowania OxyVu oraz CWC. Dla każdego systemu obrazowania obliczono średnie utlenowanie tkanki skórnej w obrębie i poza obszarami skóry pomalowanej tuszem, wybierając losowo 10 obszarów zainteresowania (ROI) w każdym obszarze. Nasza hipoteza zerowa zakłada, że zmiana koloru skóry nie wpłynie na pomiar utlenowania tkanki skórnej. Hipotezę zerową zweryfikowano odpowiednio na mapach utlenowania przedstawionych na Rycini 4 (pomiary OxyVu) oraz Rycini 5 (pomiary CWC). Testy t Studenta wykazują, że wartość p dla pomiarów OxyVu jest znacznie mniejsza niż 0,001, co oznacza odrzucenie hipotezy zerowej. Zatem zmiana koloru skóry wpływa na pomiary utlenowania tkanki skórnej w systemie obrazowania OxyVu. W przeciwieństwie do tego, wartość p dla pomiarów CWC wynosi 0,728, co wskazuje na prawdopodobieństwo, że zmiana koloru skóry nie wpływa na pomiary utlenowania tkanki skórnej w systemie obrazowania CWC.
Rysunek 7. Obrazy utlenowania tkanek skórnych uzyskane za pomocą systemu CWC podczas reaktywnej hiperemii pookluzyjnej (PORH). Test PORH przeprowadzono na przedramieniu zdrowego badanego zgodnie z punktem #1. (a). Jednobarwny obraz w skali szarości ramienia z czterema markerami fiducjalnymi umieszczonymi w celu koregistracji obrazów. (b) Bazowa mapa utlenowania tkanek skórnych uzyskana przed okluzją naczyniową. (c) Mapa utlenowania tkanek skórnych po okluzji naczyniowej (ciśnienie skurczowe + 50mmHg) przez 2 minuty. (d) Mapa utlenowania tkanek skórnych po hiperemii reaktywnej. Znaczące zmiany w utlenowaniu tkanek skórnych zaobserwowano przed, w trakcie i po okluzji naczyniowej.
Rysunek 8. Parametry utlenowania tkanek monitorowane w sposób ciągły podczas testu PORH. Protokół testowy na (a) przedstawia okres bazowy przed okluzją, po którym następuje okres okluzji ponadskurczowej, a kończy się okresem hiperemii reaktywnej. Historia utlenowania tkanki skórnej podczas procedury PORH jest przedstawiona na (b). Uzyskano ją poprzez uśrednienie wybranego obszaru zainteresowania (ROI) na mapie utlenowania skóry CWC. Monitorowano również utlenowanie głębokich tkanek za pomocą oksymetru tkankowego OxiplexTS, co przedstawiono na (c). Napięcie tlenu w tkankach przezskórnych monitorowano również urządzeniem TCM, co przedstawiono na (d). Pomiary utlenowania tkanki skórnej wykonane za pomocą CWC dobrze pokrywają się z innymi parametrami utlenowania podczas procedury PORH.
Rysunek 9. Reakcje tkanki skórnej przy różnych ciśnieniach okluzji naczyniowej. Obrazy termograficzne pozyskano bezpośrednio po usunięciu stymulacji termicznej (tj. woreczka z wodą w temperaturze pokojowej 25°C) z lewej dłoni badanego. Oś pozioma odpowiada różnym punktom czasowym po usunięciu stymulacji termicznej. Oś pionowa odpowiada następującym 4 poziomom ciśnienia okluzji naczyniowej: 0 (brak okluzji), 0,5DBP, 0,5(DBP+SBP), 1,5SBP, gdzie DBP to ciśnienie skurczowe, a SBP to ciśnienie rozkurczowe. Dla tego konkretnego badanego DBP wynosi 69mmHg, a SBP wynosi 123mmHg. Wyniki testów wskazują, że reakcja temperatury tkanki na zewnętrzną stymulację termiczną jest skorelowana z poziomem okluzji naczyniowej. Zwiększenie ciśnienia okluzji zmniejsza szybkość reakcji termicznej.
Rycina 10. Zrekonstruowane mapy indeksu naczyniowego przy różnych ciśnieniach okluzji naczyniowej. Indeks funkcji naczyniowej (v) dla każdego piksela obrazów termograficznych został wyznaczony poprzez regresję zmiany temperatury tkanki skórnej (ΔT) względem pierwiastka kwadratowego czasu po stymulacji termicznej (√t): Δ √t + K + ε , gdzie ε to błąd losowy, a K to stała. Mapy indeksu funkcji naczyniowej od lewej do prawej odpowiadają następującym warunkom okluzji: (a) brak okluzji, (b) 0,5DBP, (c) 0,5 (DBP+SBP), (d) 1,5SBP. Dla tego konkretnego badanego ciśnienie skurczowe (SBP) wynosi 123mmHg, a ciśnienie rozkurczowe (DBP) wynosi 69mmHg.
Rycina 11. Korelacja między indeksem funkcji naczyniowej a perfuzją tkanki skórnej. Indeks funkcji naczyniowej opuszki palca przy każdym ciśnieniu okluzji w #2 obliczono poprzez uśrednienie pięciu obszarów zainteresowania (ROI) na mapie indeksu naczyniowego tkanki. Perfuzję tkanki skórnej zmierzono urządzeniem laser Doppler w jednej z opuszek palców. Indeks naczyniowy opuszki palca korelował z pomiarem laser Doppler, co wskazuje na potencjał wykorzystania dynamicznej metody termograficznej do ilościowej oceny funkcji naczyniowej tkanek.
Rycina 12. Proces korejestracji obrazów. W pierwszym rzędzie przedstawiono: (a) znormalizowane zdjęcie, (b) wysegmentowany obszar pierwszego planu oraz (c) wysegmentowane markery na zdjęciu. W drugim rzędzie przedstawiono: (d) znormalizowaną mapę perfuzji, (e) wysegmentowany obszar pierwszego planu oraz (f) wysegmentowane markery na mapie perfuzji. Obliczono transformację afiniczną między dwoma zestawami pozycji markerów. Obrazy skorejestrowane (g i h) uzyskano poprzez transformację zdjęcia oraz mapy utlenowania przy użyciu odzyskanej transformacji afinicznej.
Rysunek 13. Wyniki koregistracji. Przekształcone zdjęcie i mapa natlenienia wraz z mapą perfuzji zostały poddane koregistracji i przedstawione w formie mapy ciepła. Mapa ciepła na (a) została opracowana z wykorzystaniem 100% przekształconego obrazu zdjęcia w kanale czerwonym, 100% przekształconego obrazu natlenienia w kanale zielonym oraz 50% mapy perfuzji w kanale niebieskim. Aby lepiej zwizualizować naczynia, przedstawiono inną wersję wyniku koregistracji w (b). Mapa ciepła składała się ze 100% przekształconego obrazu zdjęcia w kanale czerwonym, 50% przekształconego obrazu natlenienia w kanale zielonym oraz 50% zmodyfikowanej mapy perfuzji w kanale niebieskim, przy czym mapa indeksu naczyniowego została odwrócona i zachowano jedynie informacje z obszaru pierwszego planu.
Dyskusja
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Tlen występuje w tkankach biologicznych w wielu formach, takich jak tlen związany z hemoglobiną lub mioglobiną, tlen rozpuszczony oraz reaktywne formy tlenu. Transport tlenu odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu żywotności tkanek i prawidłowych procesów metabolicznych 3. Ostra hipoksja o nasileniu lekkim do umiarkowanego inicjuje adaptację metaboliczną, regulację naczyniową oraz odpowiedzi angiogenne 4. Skrajna hipoksja i anoksja prowadzą do niewystarczającej angiogenezy i śmierci komórek. Nierównowaga między ograniczoną podażą tlenu a zwiększonym zapotrzebowaniem na tlen jest jednym z głównych czynników przyczyniających się do wielu zaburzeń, takich jak rany przewlekłe 5. W przypadku ran niedokrwiennych podaż tlenu jest ograniczona z powodu braku perfuzji i nie może zaspokoić potrzeb metabolicznych procesu gojenia, co upośledza funkcję wyrzutu oddechowego ukierunkowaną na zwalczanie infekcji. Jednoczesna ocena natlenienia tkanki skórnej i funkcji naczyniowej ma istotne znaczenie kliniczne w leczeniu ran przewlekłych.
Technika obrazowania hiperspektralnego szacuje natlenienie tkanki skórnej poprzez oświetlenie tkanki i wykrywanie jej odbicia przy różnych długościach fal 6. Główną zaletą obrazowania hiperspektralnego jest nieinwazyjne i bezkontaktowe wykrywanie funkcjonalnych właściwości tkanek. Jednakże niezawodność pomiaru natlenienia w wielu systemach obrazowania hiperspektralnego jest wpływana przez kolor skóry oraz inne wariacje absorpcji tła. Wcześniej opracowano spektroskopię drugiej pochodnej z szeroką przerwą (wide gap second derivative spectroscopy) do pomiaru natlenienia tkanek przy minimalnym wpływie rozpraszania i pigmentacji skóry 1. Zastosowaliśmy zasadę spektroskopii drugiej pochodnej do obrazowania multispektralnego i wykazaliśmy spójność pomiaru natlenienia tkanki skórnej niezależnie od symulowanych zmian koloru skóry.
Perfuzja tkanek była wcześniej badana poprzez pomiar rozsyłania cieplnego tkanek 7. Opracowano metodę pojedynczej osłony (hood) w celu wprowadzenia stymulacji termicznej i obrazowania dynamicznych odpowiedzi tkanek, aby oszacować rozkład bezwładności cieplnej tkanki skóry 8. Eksperymenty na skórze przedramienia człowieka poddaną uciskowi mankietowym tętnic wykazały liniową zależność między bezwładnością cieplną a perfuzją krwi mierzoną za pomocą laserowego obrazowania Dopplera przed i w trakcie okluzji przepływu krwi 8. Do oszacowania reaktywności naczyniowej opuszki palca podczas pletyzmografii z okluzją żylną wykorzystano również uproszczony model biocieplny 9. Pomimo powyższych starań, ilościowe określenie perfuzji krwi w skórze na podstawie pomiarów temperatury skóry jest trudne ze względu na brak czułości, zależność od grubości tkanki tłuszczowej podskórnej oraz inne czynniki wpływające na wynik, takie jak skurcz naczyń, rozszerzenie naczyń i artefakty ruchowe 10. W niniejszym protokole wykorzystaliśmy kamerę podczerwieni do rejestracji dynamiki temperatury tkanek w odpowiedzi na stymulację termiczną w temperaturze pokojowej. Stymulację termiczną dobrano tak, aby zminimalizować efekt skurczu i rozszerzenia naczyń. Dalsze prace nad modelowaniem i pomiarami są niezbędne, aby określić wiarygodną korelację ilościową między indeksem funkcji naczyniowej a perfuzją tkanki skóry.
W części #3 do zadań korejestracji wykorzystaliśmy transformację afiniczną. Jednak ze względu na to, że dwie kamery są ustawione pod różnymi kątami w przestrzeni 3D, potencjalnie dokładniejsze byłoby zastosowanie transformacji powiązanej z transformacją 3D między dwiema kamerami. Obecnie badamy ten kierunek, który obejmuje kalibrację zewnętrzną kamer w przestrzeni 3D z wykorzystaniem geometrii epipolarnej.
Oświadczenia
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Nie zadeklarowano konfliktów interesów.
Podziękowania
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Praca finansowana z grantów NIH RO1 HL073087, GM 077185 oraz GM 069589 przyznanych CKS. Praca jest również wspierana przez grant z programu Regenerative Medicine w DHLRI. Autorzy są wdzięczni za wsparcie techniczne i wkład kliniczny następującym osobom z Ohio State University: dr. Sabyasachi Biswasowi (Comprehensive Wound Center), dr Allison Spiwak (Circulation Technology Division), Josephowi Agostonowi (Circulation Division), Thomie Shives (Circulation Division), Josephowi Ewingowi (Mechanical Engineering), Scottowi Killingerowi (Mechanical Engineering) oraz Xiaoyin Ge (Electrical Engineering).
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Wodoodporny czarny atrament kaligraficzny Higgins | Sanford | 44314 | rozcieńczony do 1% |
| Kamera CCD z głębokim chłodzeniem Hamamatsu ORCA ER | Hamamatsu Corp. | C4742-80-12AG | |
| Regulowany filtr ciekłokrystaliczny Varispec SNIR | Cambridge Research Systems | VIS-10-HC-20 | |
| Kamera podczerwieni ThermoVision A40 | FLIR Systems Inc. | A40 | |
| Wysokointensywne światłowodowe źródło światła Thorlabs OSL1 | Thorlabs Inc. | OSL1 |
Bibliografia
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
- Myers, D. E., Anderson, L. D., Seifert, R. P., Ortner, J. P., Cooper, C. E., Beilman, G. J. Noninvasive method for measuring local hemoglobin oxygen saturation in tissue using wide gap second derivative near-infrared spectroscopy. J Biomed Opt. 10 (3), 034017-034017 (2005).
- Jarm, T., Kragelj, R., Liebert, A., Lukasiewitz, P., Erjavec, T., Preseren-Strukelj, M. Postocclusive reactive hyperemia in healthy volunteers and patients with peripheral vascular disease measured by three noninvasive methods. Adv Exp Med Biol. 530, 661-669 (2003).
- Treacher, D. F., Leach, R. M. Oxygen transport-1. Basic principles. Bmj. 317 (7168), 1302-1306 (1998).
- Leach, R. M., Treacher, D. F. Oxygen transport-2. Tissue hypoxia. BMJ. 317 (7169), 1370-1373 (1998).
- Sen, C. K. Wound healing essentials: let there be oxygen. Wound Repair Regen. 17 (1), 1-18 (2009).
- RL, G. reenman, Panasyuk, S., Wang, X., TE, L. yons, Dinh, T., Longoria, L. Early changes in the skin microcirculation and muscle metabolism of the diabetic foot. Lancet. 366 (9498), 1711-1717 (2005).
- Valvano, J. W. The use of thermal diffusivity to quantify tissue perfusion [dissertation]. , Massachusetts Institute of Technology. (1981).
- Hassan, M., Togawa, T. Observation of skin thermal inertia distribution during reactive hyperaemia using a single-hood measurement system. Physiol Meas. 22 (1), 187-200 (2001).
- Ley, O., Deshpande, C., Prapamcham, B., Naghavi, M. Lumped parameter thermal model for the study of vascular reactivity in the fingertip. J Biomech Eng. 130 (3), 031012-031012 (2008).
- Wilson, S. B., Spence, V. A. Dynamic thermographic imaging method for quantifying dermal perfusion: potential and limitations. Med Biol Eng Comput. 27 (5), 496-501 (1989).
Przedruki i uprawnienia
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie