Uma nova abordagem para superar o artefato de movimento usando um contraste de Speckle Laser sistema de imagem de alternância de velocidades da microcirculação
30 de agosto de 2017
Este estudo apresenta uma nova técnica para a medição e análise de alternando velocidades da microcirculação em uma única experiência usando um gerador de imagens de contraste do laser do salpico.
O objetivo geral deste experimento é introduzir uma abordagem para superar o artefato de movimento ao usar um sistema de imagem de contraste de manchas a laser para velocidades alternadas de microcirculação sanguínea. Este método pode ajudar os pesquisadores a responder a perguntas-chave no campo das respostas dinâmicas do sangue, em particular, ao buscar ter certeza do efeito de alternar as velocidades da microcirculação sanguínea em um único experimento. A principal vantagem dessa técnica é que ela supera uma grande deficiência da LSCI, que é a alta sensibilidade ao movimento do artefato.
As implicações dessa técnica nos permitiram avaliar diferentes modos de estimular a circulação sanguínea. Isso é clinicamente relevante, pois há uma relação proposta entre o aumento da microcirculação e a redução do edema em populações pós-cirúrgicas, como pacientes com artroplastia total do quadril. Este método pode fornecer informações sobre a dinâmica da microcirculação e, portanto, também pode ser aplicado a outros experimentos, como aqueles que analisam dispositivos de monitoramento que promovem a cicatrização de feridas.
Geralmente, indivíduos não familiarizados com esse método terão dificuldades porque a LSCI é muito sensível ao movimento do artefato e, portanto, a detecção de alterações microcirculatórias não será possível a menos que a parte do corpo seja mantida completamente imóvel. Tivemos a necessidade de desenvolver esse método pela primeira vez quando analisamos o efeito da estimulação elétrica neuromuscular da panturrilha e da compressão pneumática intermitente na microcirculação da coxa. Descobrimos que havia movimento da perna.
A demonstração visual desse método é crítica, pois o protocolo experimental pode ser difícil de visualizar e, portanto, difícil de replicar. Para começar, conecte a fonte de alimentação, USB e a interface FireWire ao painel traseiro do moorFLPI LSCI. Em seguida, monte o braço de suporte da mesa usando quatro parafusos com o moorFLPI LSCI virado de cabeça para baixo e fixado ao braço de suporte.
Uma vez conectado, gire o suporte de montagem para imagens para baixo. Faça com que o participante se sente em uma sala com temperatura controlada por 10 minutos antes de qualquer teste, para que possa se adaptar à temperatura ambiente. Certifique-se de que não haja fontes fortes de luz artificial ou luz solar brilhando sobre o participante, pois a luz ambiente pode afetar o moorFLPI próximo à fonte de laser infravermelho, que opera a 780 nanômetros.
Teste a aceitabilidade da luz ambiente abrindo a janela de configuração da imagem e obstruindo o laser. Se a imagem estiver quase completamente preta, nenhuma outra etapa será necessária. Caso contrário, reduza ainda mais a luz ambiente.
Certifique-se de que o participante esteja relaxado durante toda a avaliação. Peça-lhes que coloquem os pés no chão e evitem conversas durante o teste. Agora, coloque oito centímetros quadrados de um adesivo opaco na área da pele para mascarar o fluxo sanguíneo e explicar a desvantagem do movimento do artefato.
Abra o software de imagem e selecione o processamento espacial para 25 quadros por segundo de captura a 152 por 113 pixels. Em seguida, selecione a medição de imagem ao vivo. Ajuste a posição do gerador de imagens para que fique a 20 centímetros de distância do participante.
Além disso, ajuste o zoom, o foco e o polarizador para obter o mínimo de reflexão especular. A imagem deve parecer bastante plana e sem características. Defina um tempo de exposição de 20 milissegundos para alta sensibilidade a pequenas mudanças e baixo fluxo.
Use uma taxa de exibição de 25 hertz e uma constante de tempo de 0,3 segundos para levar em conta as mudanças rápidas do fluxo sanguíneo e obter o contraste ideal através da redução do ruído da imagem. Em seguida, crie duas regiões de interesse de tamanho igual chamadas ROI 1 e ROI 2. Alinhe o ROI 2 de modo que fique dentro dos oito centímetros quadrados da mancha opaca na pele do sujeito.
Tome cuidado para que as ROIs não sejam intercambiáveis, mas mantenha-as próximas, dentro de dois a quatro centímetros para reduzir a necessidade de recentralização caso algum movimento mecânico resulte na ROI 2 não estar mais na área opaca. Por fim, defina o valor de ganho entre 70 e 80. Isso reduzirá a precisão perdida em áreas de baixa e alta intensidade.
Registre a medição do fluxo sanguíneo em formato de vídeo e salve-a para análise offline usando um módulo de revisão de imagem. Uma vez gravado, abra o software de revisão de imagens moorFLPI e carregue o vídeo para análise. Calcule o fluxo médio dentro das ROIs após uma série de registros do fluxo sanguíneo médio.
A ROI 1 é a medida real do fluxo sanguíneo da pele e a ROI 2 é o sinal de pele com manchas de laser retroespalhadas da mancha opaca. Quando não configuradas corretamente, as imagens de fluxo e manchas brutas resultam em alto ganho com pouca visibilidade, o que resultará em uma medição de fluxo sanguíneo menos precisa. Se configuradas corretamente, conforme mostrado neste protocolo, as imagens resultantes têm visibilidade máxima para um resultado confiável.
Imagens configuradas corretamente resultam em uma definição clara entre fluxo sanguíneo lento e fluxo sanguíneo rápido. Isso foi alcançado em um registro contínuo de dados de um fluxo alternado. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em 20 minutos se for executada corretamente.
Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que as medições de fluxo são feitas em relação a uma linha de base de referência. No caso desta metodologia, a etapa de repouso é introduzida como uma linha de base de referência. Portanto, um fluxo sanguíneo rápido e um estágio lento são expressos como uma alteração percentual de um estágio basal ou de repouso.
Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores na área de análise microcirculatória do sangue explorarem a eficácia de diferentes tipos de dispositivos que visam aumentar o fluxo microcirculatório. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como medir velocidades alternadas de microcirculação sanguínea usando LSCI e como superar qualquer artefato de movimento que possa afetar o resultado se não for devidamente contabilizado.
Visão Geral
Este estudo apresenta uma técnica inovadora para medir e analisar velocidades alternadas da microcirculação sanguínea utilizando um imageador de contraste de speckle a laser. O método aborda artefatos de movimento que podem afetar os resultados, fornecendo uma abordagem confiável para pesquisadores.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Microcirculação
- Técnicas de Imagem
Antecedentes
- Artifatos de movimento podem impactar significativamente os resultados da imagem de contraste de speckle a laser (LSCI).
- Compreender a microcirculação sanguínea é crucial para aplicações clínicas, como a recuperação pós-cirúrgica.
- Estudos anteriores indicaram a necessidade de métodos aprimorados para medir a dinâmica do fluxo sanguíneo.
- A LSCI é sensível ao movimento, o que torna as medições precisas desafiadoras.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um método que minimize artefatos de movimento na ICLD.
- Avaliar os efeitos de velocidades alternadas do fluxo sanguíneo em um único experimento.
- Fornecer insights sobre a dinâmica da microcirculação relevante para contextos clínicos.
Métodos Utilizados
- Configuração do sistema moorFLPI LSCI com configurações específicas.
- Preparação dos participantes em um ambiente controlado para minimizar a luz externa.
- Aplicação de um curativo opaco para mascarar o fluxo sanguíneo durante as medições.
- Registro e análise dos dados de fluxo sanguíneo utilizando regiões de interesse definidas (ROIs).
Resultados Principais
- A técnica permite a medição precisa do fluxo sanguíneo apesar do movimento.
- Foi obtida uma clara diferenciação entre fluxo sanguíneo lento e rápido.
- Os resultados indicaram um método confiável para avaliar a dinâmica da microcirculação.
- Aplicações potenciais incluem dispositivos de monitoramento para cicatrização de feridas.
Conclusões
- Este método aumenta a confiabilidade dos estudos sobre microcirculação sanguínea.
- Abre caminho para pesquisas adicionais sobre dispositivos de aprimoramento do fluxo microcirculatório.
- A configuração adequada é essencial para obter medições precisas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A imagem de contraste de speckle a laser (LSCI) é uma ferramenta não invasiva para avaliar o fluxo sanguíneo microcirculatório, mas sua alta sensibilidade a artefatos de movimento limita sua utilidade em estudos fisiológicos dinâmicos. Este protocolo apresenta um método com um adesivo opaco (AOP) para subtrair o sinal de fundo e permitir medições confiáveis de fluxo sanguíneo lento e rápido alternado em um único experimento. Ao expressar o fluxo como variação percentual em relação a uma fase basal de repouso, a abordagem possibilita a redução de riscos mecanicistas em modelos pré-clínicos de resposta vascular e cicatrização de feridas.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas envolvendo modulação do fluxo sanguíneo, como os efeitos de compostos vasodilatadores ou vasoconstritores.
- Valor Operacional: Fornece uma leitura quantitativa e reprodutível para a elucidação de vias em modelos de angiogênese ou inflamação.
- Valor Preditivo: Apoia a confiança no alvo ao distinguir alterações no fluxo induzidas por compostos de ruídos provocados por movimento.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Prontidão do Ensaio: Prepara sistemas biológicos validados para triagem de compostos posteriores, estabelecendo linhas de base estáveis de fluxo.
- Saída Quantitativa: Fornece medidas normalizadas de fluxo (variação percentual em relação à linha de base) adequadas para modelagem de resposta à dose.
- Escalabilidade: Permite imagem de alto contraste em áreas da pele de até 15 cm x 20 cm, possibilitando triagem multiparamétrica.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Sistema Relevante para a Doença: Aplicável a modelos de edema pós-cirúrgico, cicatrização de feridas e recuperação isquêmica em que as dinâmicas microcirculatórias são fundamentais.
- Continuidade Translacional: Conecta a validação de mecanismos na fase de descoberta à avaliação de eficácia pré-clínica por meio de métricas de fluxo consistentes.
- Avanço Ajustado ao Risco: Permite decisões de prosseguimento ou interrupção com base em perfis de resposta hemodinâmica, em vez de dados confundidos por artefatos.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se insere na continuidade entre descoberta e pré-clínico, apoiando a validação precoce de alvos por meio da fenotipagem hemodinâmica e orientando a identificação de compostos líderes por meio do alinhamento de biomarcadores baseado no fluxo.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses sobre compostos que afetam o tônus vascular ou a função endotelial por meio da medição direta do fluxo.
- Triagem: Permite a padronização de ensaios ao minimizar a variabilidade relacionada ao movimento, melhorando o fator Z e a confiança na seleção de hits.
- Análises: Gera dados de fluxo com resolução temporal e saídas normalizadas pela linha de base, facilitando a comparação entre grupos e a modelagem estatística.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se a estudos pré-clínicos de cicatrização de feridas ou reperfusão, nos quais velocidades alternadas de fluxo refletem respostas a desafios fisiológicos.
- Reutilização Corporativa: Representa uma capacidade de imagem reutilizável em programas de dermatologia, doenças cardiovasculares e doenças metabólicas que exigem avaliação da microcirculação.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva ao isolar o sinal biológico real de artefatos de movimento em estudos de fluxo dinâmico.
- Valor Operacional: Melhora a reprodutibilidade e padronização entre usuários e locais por meio do posicionamento definido de ROI e configurações de exposição.
- Valor Estratégico: Reduz o risco biológico em estágios avançados ao melhorar a detecção precoce de candidatos ineficazes ou pró-isquêmicos.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de compostos moduladores vasculares com base em perfis confiáveis de fluxo microcirculatório.
Considerações de Implementação
- Requer experiência em imagem óptica e seleção de região de interesse para evitar contaminação do sinal.
- Depende de uma configuração estável do instrumento, incluindo o LSCI moorFLPI, interface FireWire e iluminação ambiente controlada.
- Necessita padronização entre equipes quanto ao posicionamento da ROI, aplicação do curativo e adesão ao protocolo basal.
- Aspectos de adaptação incluem pigmentação da pele, cobertura de pelos e curvatura, que afetam a adesão do curativo e a uniformidade do sinal.
- Limitação prática: o método assume que o curativo opaco mascara completamente o fluxo sanguíneo subjacente; é necessária validação para tecidos altamente vasculares ou pigmentados.
