Spektroskopia odbicia rozproszonego: test uzupełniania naczyń włosowatych pod kciukiem

Summary

Ten protokół opisuje, w jaki sposób użycie spektroskopii polaryzacji dyfuzyjnej może poprawić kliniczną użyteczność testu uzupełniania naczyń włosowatych. Sugerujemy bardziej szczegółową analizę przebiegu uzupełniania naczyń włosowatych u zdrowych ochotników z wykorzystaniem filmów ze spektroskopii odbicia dyfuzyjnego oraz nowych informatycznych punktów końcowych.

Abstract

Test uzupełniania naczyń włosowatych został wprowadzony w 1947 roku, aby pomóc oszacować stan krążenia u pacjentów w stanie krytycznym. Wytyczne powszechnie mówią, że ponowne napełnienie powinno nastąpić w ciągu 2 sekund po zwolnieniu 5 s mocnego nacisku (np. palcem lekarza) u normalnego, zdrowego pacjenta leżącego na wznak. Wolniejszy czas napełniania wskazuje na słabe ukrwienie skóry, które może być spowodowane stanami takimi jak sepsa, utrata krwi, hipoperfuzja i hipotermia. Od czasu jego wprowadzenia na rynek dyskutowano nad przydatnością kliniczną testu. Zwolennicy wskazują na jego wykonalność i prostotę i twierdzą, że może on wskazywać na zmiany w stanie naczyń krwionośnych wcześniej niż zmiany parametrów życiowych, takich jak tętno. Krytycy podkreślają natomiast, że brak standaryzacji sposobu wykonywania testu i wysoce subiektywny charakter oceny gołym okiem, a także podatność testu na czynniki otoczenia, znacznie obniżają wartość kliniczną. Celem niniejszej pracy jest szczegółowe opisanie przebiegu zdarzenia ponownego napełniania oraz zaproponowanie potencjalnie bardziej obiektywnych i dokładnych wartości końcowych dla testu uzupełnienia kapilar z wykorzystaniem spektroskopii polaryzacji dyflizowanej.

Introduction

Ocena i klasyfikacja krytycznie chorego pacjenta skupia się na klasycznych parametrach życiowych: ciśnienie krwi (BP), tętno (HR), częstość oddechów (RR), saturacja tlenem i temperatura ciała¹. Zmiany tych parametrów pojawiają się stosunkowo późno w przebiegu pogorszenia krążenia. Na przykład w przypadku krwotoku spadek ciśnienia krwi nie nastąpi, dopóki utrata krwi nie stanie się umiarkowana do ciężkiej², a wzrost HR może być również niewrażliwym i niespecyficznym markerem³.

Test uzupełniania naczyń włosowatych (test CR) może wcześniej wskazywać na początkową zapaść krążeniową, ponieważ uważa się, że czas napełniania zmienia się przed parametrami życiowymi, jak również klinicznym pojawieniem się zimnej, lepkiej i cętkowanej skóry^1,4,5. Test uzupełniania naczyń włosowatych jest zwykle wykonywany przez aplikację, a następnie uwolnienie mocnego nacisku blanszującego na skórę w czasie (w sekundach) powrotu krwi do zblanszowanego obszaru. Zgodnie z wytycznymi, uzupełnienie powinno nastąpić w ciągu 2 sekund po zwolnieniu 5 sekund mocnego nacisku (np. palcem lekarza) u normalnego, zdrowego pacjenta leżącego na wznak⁶. Uzasadnieniem testu jest to, że wolniejszy czas napełniania wskazywałby na słabą perfuzję skóry, możliwą spowodowaną jednym z wielu krytycznych zdarzeń, takich jak sepsa, utrata krwi, ostra niewydolność serca lub hipotermia.

Obecnie nie ma zgody co do najnowocześniejszej metody przeprowadzania testu CR^6,7,8,9,10. Kwestie sporne to m.in. brak standaryzacji samego manewru blanszowania oraz zależność od subiektywnych (tj. gołym okiem) ocen punktu końcowego napełniania^7,9,11. Ponadto istnieją przesłanki, że płeć wpływa na czas CR^12,13. Wiadomo, że temperatura, zarówno otoczenia, jak i skóry, wpływa na czas napełniania naczyń włosowatych, ale nie jest jasne, w jakim stopniu. Wreszcie, użycie różnych miejsc pomiarowych, peryferyjnych lub centralnych, jest prawdopodobnie kolejną przyczyną zmienności wyników przy niewielu badaniach w tej dziedzinie^14,15.

W obecnej pracy użyliśmy optycznego systemu bioinżynieryjnego do rejestrowania przebiegu powrotu krwi i następującej po niej reakcji przekrwiennej obserwowanej podczas testu CR. System wykorzystuje spektroskopię polaryzacji rozproszonej do ilościowego określenia i opisania, bardziej szczegółowo, niż jest to możliwe gołym okiem, czasu i przebiegu uzupełniania naczyń włosowatych. System składa się ze standardowej kamery cyfrowej, wyposażonej w zewnętrzny pierścień świetlny z 92 białymi diodami LED oraz specjalnie opracowanego oprogramowania. Obiektyw i dwa filtry polaryzacyjne, przymocowane prostopadle przed diodami LED, blokują światło, które zostało bezpośrednio odbite od powierzchni skóry, pozwalając dotrzeć do kamery tylko światłu, które uległo depolaryzacji w tkance. W ten sposób powstaje "podnaskórkowy" obraz tkanki na głębokości około 0,5 mm. Obraz jest dzielony na płaszczyzny kolorów i obliczana jest czerwona i zielona zawartość dla każdego piksela, generując wartość odpowiadającą stężeniu czerwonych krwinek w tkankach¹⁶. W trybie wideo rozdzielczość czasowa systemu wynosi 0,02 s.

Protocol

Opisane tutaj badanie było zgodne z lokalnymi wytycznymi etycznymi i zostało zatwierdzone przez regionalną komisję etyczną w Linköping (numer zezwolenia 2015/99-31).

1. Świadoma zgoda i kontrola przesiewowa

1. Uzyskaj świadomą zgodę od uczestnika.
2. Ekran zgodnie z kryteriami włączenia/wykluczenia.
   UWAGA: Kryteria włączenia były następujące: (i) Zdrowa osoba dorosła w wieku >18 lat, (ii) Zdolna do zrozumienia informacji pisemnych i ustnych oraz (iii) Wyrażająca ustną i pisemną zgodę. Kryteriami wykluczenia były: (i) niezdolność lub niechęć do wyrażenia świadomej zgody, (ii) trwające choroby skóry, (iii) choroby układu krążenia, (iv) leki, które mogą zakłócać funkcjonowanie naczyń krwionośnych. Dozwolone są doustne środki antykoncepcyjne. Jeśli pacjent stosuje doustne środki antykoncepcyjne, należy to odnotować w protokole pacjenta: (v) pozbawiona blizn i nieposiniaczona skóra czoła, (vi) Brak spożycia kofeiny lub tytoniu na 2 godziny przed rozpoczęciem testu oraz (vii) Brak forsownej aktywności fizycznej co najmniej 2 godziny przed rozpoczęciem testu.

2. Aklimatyzacja i konfiguracja sprzętu

1. Pozwól badanemu zaaklimatyzować się przez co najmniej 20 minut w pozycji leżącej na plecach przed rozpoczęciem testu.
   UWAGA: Prawidłowe ustawienie obiektu i sprzętu pokazano na rysunku uzupełniającym 1.
2. Skonfiguruj nagrywanie z kamery testów uzupełniania kapilar za pomocą wyznaczonego oprogramowania i kamery cyfrowej (patrz Tabela materiałów).
   1. Podłącz USB do aparatu i komputera i dostosuj ustawienia aparatu do trybu wideo.
   2. Włącz aparat i upewnij się, że jest podłączony do komputera.
   3. Uruchom oprogramowanie zdalnie sterowanej kamery (patrz Spis materiałów).
   4. Wyłącz światło otoczenia i odwróć ekran komputera od obszaru pomiaru.

3. Akwizycja danych

1. Kliknij przycisk "podgląd życia" (Sic) i naciśnij "Start".
2. Przełączaj się między trybem "wideo" a trybem "TiVi", klikając przyciski radiowe (nie wpłynie to na nagrywanie, tylko na prezentację na ekranie). Upewnij się, że strumień wideo na żywo z czoła fotografowanej osoby jest widoczny na wyświetlaczu aparatu i na ekranie komputera.
3. Ustaw aparat na wysokości około 15 cm bezpośrednio nad czołem fotografowanej osoby.
4. Upewnij się, że ostrość aparatu jest ustawiona na "AF" (autofokus).
5. Poproś badanego, aby przez cały czas trwania testu trzymał głowę nieruchomo i powstrzymał się od mówienia. Poinformuj badanego, że może mieć zamknięte oczy podczas testu, mówiąc: "Proszę, połóż głowę na tej poduszce i trzymaj głowę nieruchomo przez cały czas trwania testu. Proszę, nie odzywaj się przez 20 sekund, które będą trwać test. Możesz mieć zamknięte oczy przez cały czas, jeśli uważasz, że światło jest zbyt jasne".
6. Nie poruszaj aparatem podczas nagrywania.
7. W oknie "podgląd życia" znajdź i kliknij "Nagrywanie HD", aby rozpocząć ciągłe nagrywanie przez 20 sekund. Zwróć uwagę, że czas trwania nagrania (sekundy) można zobaczyć na wyświetlaczu kamery; pierwsze 5 sekund nagrania ma na celu uzyskanie prawidłowego stężenia krwi włośniczkowej na czole.
8. Pod koniec 5 s zapisu linii podstawowej należy mocno docisnąć obszar pomiaru przez 5 sekund. Użyj palca wskazującego z plastikową łyżeczką między palcem a czołem, aby wyrównać ciśnienie i izolację temperaturową.
9. Zwolnij nacisk i szybko wyjmij palec badającego i plastikową łyżeczkę z obszaru pomiaru.
10. Kontynuuj nagrywanie przez kolejne 10 sekund, aby uchwycić późniejszą reakcję przekrwienną.
11. Zatrzymaj nagrywanie, klikając "Zatrzymaj" w oknie "podglądu życia".
12. Po zatrzymaniu nagrywania otworzy się okno do zapisania i nazwania pliku (w .mov formacie); wybierz folder i nazwę wideo. Nie odłączaj aparatu od komputera, gdy film jest pobierany do wyznaczonego folderu na komputerze.

4. Analiza danych

1. Przejdź do analizy obrazu i budowy krzywych za pomocą dedykowanego oprogramowania analitycznego (patrz Tabela materiałów).
2. Uruchom oprogramowanie analityczne, klikając dwukrotnie ikonę na pulpicie.
3. Po uruchomieniu oprogramowania na ekranie głównym wybierz "Strona filmu".
4. W oknie "Strona filmu" kliknij "Załaduj film". Poczekaj, aż oprogramowanie prześle i przeanalizuje film. Może to potrwać do kilku minut, w zależności od rozmiaru pliku wideo.
5. Po zakończeniu przesyłania i analizy filmu kliknij "Zapisz jako obrazy" i poczekaj, aż oprogramowanie przeanalizuje wideo.
   UWAGA: Spowoduje to automatyczne utworzenie nowego folderu na komputerze zawierającego sekwencję wideo podzieloną na poszczególne obrazy jpeg.
6. Po zakończeniu dzielenia wideo na poszczególne obrazy jpeg znajdź i wybierz "Przytnij obrazy strony" w oknie ekranu głównego.
7. Na stronie "Przytnij obrazy" kliknij "Pierwsze zdjęcie" i przejdź do folderu zawierającego zdjęcia jpeg z filmu i wybierz pierwsze zdjęcie do analizy; oprogramowanie automatycznie wybierze następujące zdjęcia z tej partii.
8. Kliknij menu "Edycja" i wybierz między okrągłymi lub prostokątnymi znacznikami dla obszaru zainteresowania.
9. W oknie "Wybierz zdjęcia" znajdź pole "Rzeczywiste zdjęcie" i wpisz nazwę pierwszego zdjęcia w partii, na którym palec badacza jest całkowicie cofnięty z obszaru pomiaru. Aby znaleźć to zdjęcie, przejrzyj folder zawierający poszczególne zdjęcia z filmu.
10. Wybierz interesujący obszar, klikając i przytrzymując lewy przycisk myszy, a następnie narysuj okrąg lub prostokąt w oknie zdjęcia, który znajduje się w granicach blanszowanego obszaru. Wybrany obszar zainteresowania jest automatycznie stosowany do wszystkich zdjęć z partii.
11. Kliknij menu "Plik" i wybierz "Zapisz zwrot z inwestycji", aby zapisać lokalizację wybranego regionu zainteresowania do wykorzystania w przyszłości.
12. Kliknij przycisk "Śledzenie krzywych" i poczekaj, aż oprogramowanie przeanalizuje interesujący Cię obszar.
13. Po otwarciu okna śledzenia krzywej zmiana stężenia czerwonych krwinek dla wybranego obszaru zainteresowania w czasie trwania testu jest wyświetlana jako krzywa. Prezentację na ekranie można zmienić, klikając różne przyciski radiowe. Nie będzie to miało wpływu na nieprzetworzone dane.
14. Kliknij "Eksportuj dane" i zapisz transkrypcję surowych danych do dalszej analizy.
15. W transkrypcji danych pierwotnych przejdź do kolumny o nazwie "Średnie wartości intensywności TiVi". Wygeneruj trzy nowe kolumny obok tej kolumny dla "liczby obrazu", "całkowitego czasu" i "czasu napełniania kapilary", zaczynając od 1 s, 0 s i 0 s z przyrostem 1 s, Odpowiednio 0,02 s i 0,02 s.
    UWAGA: "Czas napełniania kapilary" jest skorelowany z czasem późniejszej reakcji na uwolnienie ciśnienia blanszowania i zaczyna się od średniej wartości reprezentującej pierwsze zdjęcie, na którym palec badacza jest całkowicie cofnięty z obszaru pomiaru.
16. Usuń wartości między wartością bazową a czasem napełniania kapilary, ponieważ zawierają one tylko szum generowany przez palec wskazujący badacza i plastikową łyżeczkę podczas manewru blanszowania.
17. Obliczyć średnią wartość dla pomiaru podstawowego (pierwsze 5 s zapisu).
18. Znajdź pierwszą wartość, która jest równa lub wyższa od obliczonej średniej wartości bazowej i zanotuj czas w kolumnie "Czas napełniania kapilary". Ten punkt czasowy reprezentuje "czas powrotu do linii bazowej 1".
19. Znajdź najwyższą średnią wartość intensywności wartości wygenerowanych po zwolnieniu ciśnienia i zanotuj punkt czasowy w kolumnie "Czas napełniania kapilary". Ten punkt czasowy reprezentuje "czas do szczytu".
20. Znajdź drugą wartość, która jest mniejsza lub równa obliczonej wartości średniej dla pomiaru bazowego i zanotuj punkt czasowy w kolumnie "Czas napełniania kapilary". Ten punkt czasowy reprezentuje "czas powrotu do linii bazowej 2".

Results

Filmowanie przebiegu napełniania naczyń włosowatych generuje ogromne ilości danych, które nie są możliwe do uzyskania gołym okiem. Proponujemy w tym miejscu nowe punkty końcowe, aby jeszcze bardziej poprawić użyteczność testu CR jako wczesnego wskaźnika pogorszenia stanu krążenia. Nazywamy te punkty końcowe: "Linia wyjściowa", "Zero krwi" (lub "BZ"), "Czas powrotu do punktu odniesienia 1" (lub "tRtB1"), "Czas do szczytu" lub "Tpk". Wartość "Linia bazowa" jest uzyskiwana przez obliczenie ś...

Discussion

Aby uzyskać najlepsze wyniki z systemem, zmienność spowodowana czynnikami środowiskowymi musi być kontrolowana. Całe światło otoczenia musi być wyłączone. Kamera musi być ustawiona w pionie w stosunku do obszaru pomiaru. Aby zapewnić stały obszar pomiaru, badani nie powinni się ruszać ani rozmawiać podczas pomiaru. Z tego samego powodu kamerę najlepiej montować na stojaku, aby uniknąć ruchu i zachować stałą odległość od mierzonego obszaru. Badani powinni unikać kofeiny¹⁷, tytoniu^...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Kamera TiVi701	WheelsBridge AB	Kamera TiVi701, wersja 1.5.1	Oprogramowanie
TiVi700	WheelsBridge AB	Analiza TiVi700, wersja 1.2.9	Oprogramowanie
Canon EOS 700D	Canon U.S.A., inc.	Lustrzanka cyfrowa	Canon EOS 700D
Stojak na aparat	Manfrotto	681B	Zmodyfikowany stojak na aparat do trzymania aparatu cyfrowego w odpowiedniej pozycji
Stojak na aparat	Disa Denmark	9020B	Zmodyfikowany stojak na aparat do utrzymywania aparatu cyfrowego w odpowiedniej pozycji