Dual-mode de imagem de oxigenação dos tecidos cutâneos e Função Vascular

A avaliação precisa da oxigenação do tecido cutâneo e da função vascular é importante para a detecção, estadiamento e tratamento adequados de muitos distúrbios de saúde, incluindo feridas crônicas. Aqui, a oxigenação do tecido cutâneo e a reatividade térmica vascular do tecido são visualizadas de forma não invasiva. Usando um novo sistema de imagem de modo duplo que integra uma câmera infravermelha, uma câmera CCD, um filtro ajustável de cristal líquido e uma fonte de luz de fibra de alta intensidade.

As alterações de oxigenação são induzidas no tecido do braço de um indivíduo saudável usando um manguito de pressão arterial monitorado pelo sistema de imagem de modo duplo e, em comparação com medições simultâneas de oxigenação profunda do tecido e tecido cutâneo, as mudanças de temperatura do tecido de tensão de oxigênio em resposta à estimulação térmica externa também são registradas para reconstruir o mapa de reatividade térmica vascular. O mapa de oxigenação do tecido cutâneo e o mapa de reatividade térmica vascular do tecido são fundidos por meio de um algoritmo avançado de co-registro. Neste trabalho, descrevemos o desenvolvimento de um novo sistema de imagem para o monitoramento não invasivo da saturação de oxigênio do tecido da ferida, bem como o perfil termográfico dinâmico, que ajuda a estudar a inflamação exotérmica e no rastreamento do sangue quente que flui para o tecido da ferida durante a fase angiogênica pós-inflamatória.

Do ponto de vista clínico, esse sistema de imagem tem o potencial de ajudar a responder a questões-chave no campo do tratamento de feridas agudas e crônicas, como o uso de desbridamento guiado por imagem. Também ajudará a monitorar a capacidade de resposta das intervenções terapêuticas da ferida de forma não invasiva por meio de medições repetidas da oxigenação do tecido. Este sistema de imagem de modelo duplo desenvolvido no Centro de Feridas Abrangentes da Ohio State University é o primeiro passo para a avaliação simultânea da oxigenação do tecido da ferida e da função vascular.

Como você verá, o sistema agora está pronto para testes funcionais, esforços estão em andamento para melhorar o projeto de engenharia, protocolo padronizado e um sistema validado para uso clínico de rotina. Além do hardware de imagem e dos algoritmos de reconstrução, desenvolvemos medidas de co-registro de imagem mais rápidas para integrar e visualizar imagens de sobreposição adquiridas pelas diferentes modalidades de imagem. A abordagem é uma sala de estar modular para futuras edições de novas plataformas de imagem.

Comece tendo um assunto saudável. Sente-se com o antebraço esquerdo apoiado em uma bancada. Use um pincel para pintar uma fina camada de tinta nanquim no antebraço do sujeito para imitar diferentes cores de pele.

Coloque quatro marcadores fiduciários no antebraço do sujeito para definir uma região de interesse para ROI que consiste na tinta, na pele pintada e na pele normal. Os marcadores fiduciários têm contrastes térmicos e ópticos simultâneos que facilitam o co-registro de imagem aqui, o sistema de imagem de modo duplo desenvolvido no centro abrangente de feridas da Ohio State University é usado. O sistema de imagem consiste em uma câmera infravermelha, uma câmera CCD, um filtro sintonizável de cristal líquido e uma fonte de luz de fibra de alta intensidade para realizar imagens multiespectrais da oxigenação do tecido.

Desligue todas as fontes de luz externas e, em seguida, faça com que o sujeito posicione o braço e capture imagens. O software de imagem calibra automaticamente os tempos de exposição em cada comprimento de onda. Depois que as imagens de amostra forem coletadas da região de interesse, coloque um quadro branco na área de imagem e adquira imagens de refletância em diferentes comprimentos de onda.

Estes serão usados para calibração. Uma vez adquiridas as imagens de referência. Calcule a taxa de refletância e derive a oxigenação do tecido em cada pixel com base na grande lacuna.

Espectro de segunda derivada. Para comparação, adquira um mapa de oxigenação do tecido cutâneo usando um sistema comercial para determinar se a mudança na cor da pele afeta as medições de oxigenação em cada sistema. Utilizar software de análise estatística para realizar o teste t de Student, comparando as medidas nas regiões com e sem tinta.

Em seguida, coloque um manguito de pressão no braço esquerdo do sujeito. Determine e registre a pressão arterial sistólica e diastólica do sujeito. Coloque os sensores de um espectrofotômetro de tecido plex TS e um monitor de oxigênio transcutâneo TCM no mesmo braço e ligue os dispositivos para aquecê-los por 20 minutos enquanto monitora o mapa de oxigenação do tecido cutâneo.

Introduza alterações de oxigenação no tecido do braço realizando uma hiperemia reativa pós-oclusiva ou PORH. Clique no botão Iniciar para iniciar a geração de imagens. Monitore a linha de base pré-oclusiva por dois minutos.

Em seguida, infle o manguito de pressão arterial a 50 milímetros de mercúrio acima da pressão sistólica para induzir uma oclusão suprasistólica. Deixe o manguito inflado por dois minutos, continuando a monitorar as alterações nos parâmetros do tecido. Finalmente, esvazie rapidamente o manguito de pressão para induzir hiperemia reativa.

Registre todos os parâmetros de oxigênio tecidual por dois minutos. Para realizar imagens termográficas dinâmicas. Tenha um assunto saudável confortavelmente.

Sente-se com o braço esquerdo apoiado em uma bancada. Posicione o dorso da mão esquerda em direção à unidade de câmera infravermelha do sistema de imagem. Em seguida, coloque uma sonda doppler a laser na ponta do dedo da mão esquerda para monitorar continuamente a perfusão da pele a uma taxa de amostragem de 10 hertz.

Coloque um manguito de pressão no braço esquerdo do sujeito. Em seguida, determine e registre as pressões sanguíneas sistólica e diastólica do sujeito. Gere diferentes níveis de oclusão vascular controlando a insuflação do manguito de pressão nos seguintes níveis de pressão, sem oclusão: 0,5 vezes a pressão arterial diastólica, 0,5 vezes a pressão arterial diastólica e a pressão arterial sistólica combinadas e 1,5 vezes a pressão arterial sistólica.

Em seguida, realizar exames de imagem termográfica em dois níveis de oclusão vascular, sem oclusão e oclusão sistólica em cada nível de oclusão vascular. Introduza uma estimulação térmica colocando uma bolsa de água em temperatura ambiente na mão esquerda por 30 segundos. Imediatamente após a remoção da bolsa de água, comece a adquirir imagens termográficas continuamente a uma taxa de imagem de dois quadros por segundo.

Usando software, determine a função de reatividade térmica vascular do tecido. Calcule o índice de função em cada pixel da imagem termográfica tomando a razão entre a raiz quadrada da duração da estimulação térmica e a mudança de temperatura do tecido correspondente. Calcule o valor da reatividade térmica vascular do dedo em cada pressão de oclusão calculando a média de cinco ROIs na reatividade térmica vascular do tecido Mapeie os valores de reatividade térmica vascular do dedo são comparados com as medições doppler a laser da perfusão vascular do dedo em diferentes níveis de oclusão.

Registrar o mapa de oxigenação obtido a partir de imagens multiespectrais e o mapa de função vascular obtido a partir de imagens termográficas dinâmicas. Use o MATLAB para transformar todas as imagens em escala de cinza. Em seguida, normalize os valores de intensidade de pixel definindo-os entre zero e um.

Em seguida, no mapa de oxigenação ou na imagem multiespectral, identifique o primeiro plano ou a região da pele com valores de intensidade de pixel maiores que o limite global empírico de 0,8 vezes o valor médio de intensidade de toda a imagem. Melhore ainda mais a imagem usando a operação morfológica. Em seguida, para acomodar a variação de iluminação, identifique os marcadores fiduciários.

Esses marcadores aparecerão como regiões mais escuras em primeiro plano e terão valores de intensidade. Abaixo dos limites locais globais e adaptativos. Refine as regiões do marcador fiduciário usando operações morfológicas para remover o ruído na imagem, selecione os OIDs dessas quatro regiões como pontos de controle na foto óptica.

Repita etapas semelhantes para identificar regiões marcadoras no mapa de função vascular ou na imagem termográfica. Combine os dois conjuntos de pontos de controle com base na proximidade. Depois de normalizá-los para a mesma escala, combine um ponto de controle na primeira imagem com o ponto de controle mais próximo.

Na segunda, calcule uma transformação fina com rotação de tradução e informações de dimensionamento entre as duas imagens. Usando o mapa de função vascular como referência. Em seguida, transforme o mapa de oxigenação usando a transformação computada.

Por fim, sobreponha as imagens co-registradas para visualização. Um mapa de oxigenação do tecido cutâneo reconstruído adquirido do antebraço de um indivíduo saudável usando o sistema abrangente de imagem de modo duplo centrado na ferida é mostrado aqui. Observe que não são observadas diferenças significativas de oxigenação entre as regiões de tecido pintado e não doloroso.

10 ROIs foram selecionadas aleatoriamente de fora e dentro da região pintada com tinta para avaliar as medidas de oxigenação. Os resultados mostrados aqui sugerem que a medição da oxigenação tecidual pelo sistema abrangente de centro de feridas não é significativamente afetada pela cor da pele. Em comparação, as medidas de oxigenação tecidual adquiridas usando um sistema comercial são significativamente afetadas pela cor da pele.

O sistema abrangente de imagem do centro da ferida é capaz de monitorar continuamente as alterações na oxigenação do tecido cutâneo durante as fases de oclusão basal e hiperemia do procedimento PORH. Durante o procedimento de PORH, a alteração da oxigenação do tecido cutâneo coincide com alterações na oxigenação do tecido profundo. O sistema abrangente de imagem do centro da ferida também é capaz de obter imagens da reatividade térmica vascular do tecido cutâneo.

Essas figuras mostram mapas representativos da função vascular do mesmo sujeito em diferentes pressões de oclusão vascular introduzidas por um manguito de pressão. O índice médio de função vascular nas pontas dos dedos do sujeito se correlaciona com a medição do laser doppler nas pontas dos dedos. Perfusão do tecido cutâneo.

O mapa de oxigenação e o mapa de função vascular adquiridos pelo sistema de imagem são fundidos por um algoritmo de co-registro. Esta figura mostra uma fusão de imagem representativa. O que temos aqui é um sistema de imagem de modelo duplo para avaliação simultânea da oxigenação contínua do tecido de corte e da reatividade térmica vascular do tecido.

Outras plataformas, como a imagem de fluorescência, podem ser adicionadas. A integração do sistema de componentes de hardware e software representa uma pedra angular fundamental. Nesse esforço, o algoritmo de co-registro de imagem no sistema pode ser facilmente adaptado para acomodar modalidades de imagem adicionais, tornando-o um produto versátil.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão da promessa oferecida por essa nova abordagem de imagem. O desenvolvimento do sistema é um exemplo de pesquisa translacional interdisciplinar no Centro de Feridas Abrangentes da Ohio State University. Boa sorte com seus experimentos.