Odtwarzalna komputerowa metoda ilościowego oznaczania gęstości naczyń włosowatych za pomocą kapilaroskopii fałdów paznokciowych
October 27th, 2015
Kapilaroskopia to nieinwazyjna, wydajna, stosunkowo niedroga i łatwa do nauczenia metoda bezpośredniej wizualizacji naczyń włosowatych w mikrokrążeniu. Jednak do tej pory tylko jedna publikacja opisuje niezawodność złożonego oprogramowania dostępnego do ilościowego oznaczania danych kapilaroskopowych. Tutaj przedstawiamy prosty, niezawodny protokół ilościowego oznaczania naczyń włosowatych przy użyciu ustandaryzowanego algorytmu.
Ogólnym celem tej procedury jest ilościowe określenie liczby naczyń włosowatych na milimetr kwadratowy w obszarze skóry bezpośrednio pod naskórkiem paznokcia. Osiąga się to, wykonując najpierw monochromatyczne zdjęcie łożyska paznokcia poniżej naskórka. Drugim krokiem jest zaimportowanie obrazu do komputerowego programu do obrazowania.
Następnie obrazy są manipulowane Aby lepiej uwidocznić naczynia włosowate, ostatnim krokiem jest zidentyfikowanie i policzenie wszystkich naczyń włosowatych w promieniu jednego milimetra kwadratowego. Ostatecznie manipulacja obrazem służy do pokazania ilości i morfologii naczyń włosowatych danej osoby. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie układu sercowo-naczyniowego, takie jak to, jak nadciśnienie, cukrzyca i inne choroby mogą wpływać na mikrokrążenie.
Za pomocą monochromatycznego aparatu cyfrowego uzyskaj obrazy kapilarne, jak opisano wcześniej. Następnie wykonaj obrazy kalibracyjne śmieszności z oznaczeniami milimetrowymi przy użyciu tych samych warunków obrazowania kamery i powiększenia, które zostały użyte do uzyskania obrazów naczyń włosowatych. Zaimportuj obraz szyderstwa do programu do obrazowania komputerowego i zmierz liczbę pikseli w linii jednego milimetra na zdjęciu linijki.
Zapisz tę liczbę i oblicz liczbę pikseli, które znajdują się w obszarze o wymiarach jeden milimetr na jeden milimetr. Następnie otwórz jeden z obrazów naczyń włosowatych, przyciemnij naczynia włosowate i rozjaśnij tło, dostosowując obraz za pomocą najlepiej dopasowanego histogramu. Następnie użyj polecenia utwórz ROI w menu rozwijanym, aby utworzyć obszar zainteresowania o wymiarach jeden milimetr na jeden milimetr u góry ekranu.
Przeciągnij i ustaw obszar zainteresowania w miejscu, w którym znajdują się najwyraźniejsze pętle kapilarne. Upewnij się, że obszar zainteresowania jest umieszczony w taki sposób, aby wierzchołek pętli kapilarnych znajdował się na samej górze regionu. Kluczem do powtarzalności i standaryzacji tego kroku protokołu jest właściwe umieszczenie pola obszaru zainteresowania o powierzchni jednego milimetra kwadratowego.
Dobrą zasadą pozwalającą zachować standaryzację jest umieszczenie ramki na wierzchołku lub na końcu pętli kapilarnych obrazu. Po prawidłowym ustawieniu kliknij ROI, a następnie kliknij przyciąć z menu rozwijanego To się pojawi, a następnie spłaszcz obraz, aby wszystkie przyszłe korekty obrazu zostały równomiernie zastosowane do obrazu. Następnie zwiększ kontrast obrazu do 75, aby maksymalnie uwidocznić naczynia włosowate.
Również nakrapiane obraz, aby wygładzić krawędzie naczyń włosowatych. Sfinalizuj kontrast obrazu, dostosowując histogram do najlepiej dopasowanego modelu, tak aby naczynia włosowate były czarne, a tło białe. Na każdym obrazie ręcznie wybierz jedną część dobrze zdefiniowanej kapilary za pomocą funkcji obiektu docelowego, który ma zostać rozpoznany jako obiekty do zliczenia przez program.
Następnie wybierz niewielką część tła, korzystając z funkcji tła jako odniesienia do obszarów, które muszą zostać zignorowane przez algorytm zliczający. Ustaw minimalną średnicę zliczanych obiektów na pięć pikseli, aby uniknąć zliczania szumu tła jako kapilary. Następnie użyj funkcji zliczania, aby natychmiast policzyć wszystkie naczynia włosowate na obrazie dla każdej osoby.
Policz średnią od trzech do czterech obrazów, aby uzyskać bardziej wiarygodną ocenę. Aby zaoszczędzić czas, utwórz makro, które automatycznie wykona określoną sekwencję procesów na jednym lub kilku obrazach, wybierając najpierw opcję Nagraj makro, aby nazwać makro na podstawie kroków i procesów wykonanych i opisanych w tym filmie. Następnie wykonaj czynności manipulacji obrazem podczas nagrywania makra.
Używając makra na przyszłych zdjęciach, po prostu kliknij uruchom makro, a program automatycznie zastosuje nagrane ulepszenia do żądanych obrazów. Jedynym krokiem, który wymaga wprowadzenia danych przez użytkownika, jest wybór miejsca przycięcia obrazu. Optymalnie przetworzony obraz można policzyć w ciągu 30 sekund i wyraźnie odróżnia się naczynia włosowate od tła, a także poszczególne naczynia włosowate od siebie.
Ostateczny ulepszony obraz jest pokazany tutaj. Całkowita liczba określona dla tego obrazu wynosiła 54 naczynia włosowate na milimetr kwadratowy po opanowaniu. Technika ta może być wykorzystana do ilościowego określenia i manipulacji 12 obrazów w ciągu 20 minut.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Kapillaroskopia to nieinwazyjna metoda wizualizowania włosowatych w mikrokrążeniu. W tym artykule przedstawiono niezawodny protokół do ilościowego określania włosowatych przy użyciu standaryzowanego algorytmu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Mikrokrążenie
- Wizualizacja włosowatych
- Badania nad układem krążenia
Tło
- Kapillaroskopia umożliwia bezpośrednie obserwowanie włosowatych.
- Poprzednie badania miały ograniczone dane dotyczące niezawodności oprogramowania do ilościowego określania włosowatych.
- Ta metoda jest kluczowa dla zrozumienia mikrokrążenia w różnych chorobach.
- Ilościowe określenie włosowatych może dać wgląd w stany takie jak nadciśnienie i cukrzyca.
Cel badania
- Opracować prosty i niezawodny protokół do ilościowego określania włosowatych.
- Zgłębić zrozumienie morfologii i ilości włosowatych.
- Zadresować luki w istniejących metodologiach analizy włosowatych.
Stosowane metody
- Przechwycenie czarno-białego obrazu łóżeczka paznokciowego pod naskórkiem.
- Importowanie obrazu do programu do przetwarzania obrazów na komputerze.
- Manipulowanie obrazem dla lepszej wizualizacji włosowatych.
- Identyfikowanie i liczenie włosowatych w obrębie określonego obszaru (1 mm²).
Główne wyniki
- Protokół umożliwia dokładne ilościowe określenie włosowatych.
- Manipulowanie obrazem poprawia widoczność morfologii włosowatych.
- Ta metoda może być stosowana do badania wpływu chorób na mikrokrążenie.
- Wyniki mogą informować badania nad układem krążeniem i praktyki kliniczne.
Wnioski
- Opracowany protokół jest niezawodny i łatwy do wdrożenia.
- Dostarcza cennych danych do zrozumienia mikrokrążenia.
- Ta metoda może pomóc w ocenie różnych stanów układu krążenia.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Standardized quantitation of capillary density using computerized nailfold capillaroscopy addresses a critical need for reproducible microvascular assessment in early discovery and translational research. This method reduces subjectivity and user fatigue, enabling reliable, quantitative evaluation of microcirculation relevant to disease modeling and target validation. Its reproducibility and efficiency support robust decision-making at key inflection points in cardiovascular and metabolic disease pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables objective quantitation of microvascular changes for hypothesis testing in disease models.
- Supports functional target validation by providing standardized microcirculation metrics.
- Facilitates mechanistic de-risking by reducing operator bias in capillary density assessment.
- Improves predictive confidence for early-stage portfolio triage in vascular and metabolic research.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, reproducible image-based assays for downstream compound screening.
- Standardizes capillary density measurement, enhancing assay reproducibility and scalability.
- Delivers quantitative outputs suitable for cross-study and cross-site comparison.
- Enables rapid, semi-automated analysis to support high-throughput screening readiness.
Translational & Preclinical Research
- Aligns microvascular quantitation with disease-relevant endpoints for translational biomarker development.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by enabling consistent measurement protocols.
- Supports risk-adjusted advancement decisions based on robust microcirculation data.
- Reduces translational ambiguity by linking quantitative capillary metrics to disease phenotypes.
Pipeline & Workflow Integration
This computerized capillaroscopy method integrates into the discovery-to-preclinical continuum, supporting both early hypothesis testing and translational biomarker alignment.
- Discovery Biology: Facilitates reproducible hypothesis testing and pathway clarification in microvascular research.
- Screening: Provides standardized, quantitative capillary density outputs for assay development and compound evaluation.
- Analytics: Enables objective, statistical comparison of microvascular changes across experimental conditions.
- Translational Research: Supports biomarker alignment and continuity from in vitro to in vivo models when microcirculation is a relevant endpoint.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, semi-automated workflow adaptable across disease models and research teams.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in microvascular studies.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and rapid quantitation with minimal training requirements.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by providing robust, quantitative endpoints.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of vascular and metabolic disease programs.
Implementation Considerations
- Requires basic expertise in digital imaging and capillaroscopy interpretation.
- Needs access to monochrome digital cameras and compatible image analysis software.
- Demands cross-team standardization of image acquisition and ROI placement for reproducibility.
- Adaptable to various disease models where microcirculation is a relevant endpoint.
- Manual ROI selection remains a potential source of variability and requires attention to protocol adherence.
