Summary
Cette étude présente une nouvelle technique de mesure et d’analyse d’une alternance de vitesses de la microcirculation du sang dans une expérience simple à l’aide d’un appareil d’imagerie laser speckle contraste.
Abstract
L’imagerie de contraste speckle laser (LSCI) fournit une technique simple mais puissante pour mesurer la microcirculation sanguine. Idéal pour les réponses dynamiques de sang, le LSCI est utilisé de la même manière comme un conventionnel Laser Doppler Imager (LDI). Cependant, avec une profondeur maximale de peau d’environ 1 mm, le LSCI est conçu pour se concentrer sur principalement la circulation sanguine superficielle. Il sert à mesurer des surfaces de peau jusqu'à 15 x 20 cm. La nouvelle technique a présenté dans ce document de comptes pour passer les vitesses de microcirculations ; mesure du flux de débit c'est-à-dire fois lent et rapide utilisant le LSCI. Cette nouvelle technique surmonte également plus grand d'entre eux du LSCI, est haute sensibilité au mouvement de l’artefact. Une pastille adhésive opaque (AOP) est introduite pour un enregistrement satisfaisant de la microcirculation sanguine, en soustrayant le signal LSCI de l’AOP du signal laser speckle peau. Le réglage optimal est également défini, car le LSCI est plus puissante lorsque les changements de flux sont mesurés par rapport à une base de référence, avec flux microcirculatoire sang, exprimée en pourcentage, changement de la ligne de base. Ces changements peuvent être utilisés pour analyser l’état du système de circulation du sang.
Introduction
Imagerie de contraste de laser Speckle (LSCI) est un éprouvé sans contact, méthode pour analyser le sang écoulement microcirculation1,2,3,4,5,6 de suivi en temps réel , 7. le LSCI utilisés dans le présent document est moorFLPI plein champ. La mesure de la perfusion sanguine débit dans de vastes zones à haute résolution spatiale et temporelle à l’aide d’un phénomène appelé « speckle laser » est l’un des principaux avantages de ce dispositif6. L’évaluation en temps réel de la microcirculation se faite par le biais de modèles capturés grâce à une caméra à l’aide de modèles speckle épars. Étant donné que la moorFLPI LSCI est destiné à la recherche clinique et physiologique, logiciel de traitement d’image fonctionne sur le fait que cette perfusion élevé produit une variation rapide de la configuration de speckle laser, qui est ensuite intégrée le dispositif à couplage de facturés (DCC) pour produire une zone de faible contraste8. Le contraste est quantifié et le flux qui en résulte est couleur codée pour produire une image de perfusion8.
Malheureusement, le LSCI est très sensible aux vibrations environnementales, artefact et le mouvement de la zone de sujet9. Jusqu’ici cela a fourni difficile quand les États de flux alternatif ont été étudiés. Cet article explique les détails de la technique explicite indiqué dans une récente étude10 où un appareil de Stimulation électrique neuromusculaire a été utilisé pour mesurer la microcirculation sanguine quand il y a mouvement du membre en cours d’examen.
Protocol
rapporte la méthode a été utilisée dans une étude qui a reçu approbation déontologique de la Bournemouth University Research Ethics Committee le 9 février 2016 (référence 10571).
1. LSCI mis en place
- connecter le panneau arrière du LSCI moorFLPI à ses trois prises (alimentation, Universal Serial Bus (USB) et IEEE 1394) pour le système fonctionne.
- Monter le bras de soutien de bureau à l’aide de 4 vis avec le moorFLPI LSCI bouleversée et fixée sur le support ARM.
- Faire pivoter le support de montage pour l’imagerie à la baisse lorsqu’il est attaché.
Remarque : Le LSCI a trois contrôles : réglage du zoom (1) – avec l’imager une situation, moins grossissement peut être ajusté aux paramètres maximum et minimum pour petits et grands champs de vue respectivement. Pour assurer la répétabilité, une étiquette d’anneau d’indexation est fournie ; (2) réglage de mise au point – cela dépend de la distance de mesure et doit être ajustée après a été mises en position de l’image. Pour assurer la répétabilité, une étiquette d’anneau d’indexation est fournie ; et (3) un polariseur – un filtre polarisant linéaire est disponible pour minimiser la réflexion spéculaire des organes exposés – la monture tournante peut être tournée à 360°. - Installer le logiciel pour contrôler la caméra. Le logiciel est divisé en deux modules offrant une fonction de mesure et l’examen.
2. Préparation participante
- s’assurer que l’évaluation est effectuée dans une salle à température contrôlée (22 ± 1 ° C) et que les participants sont assis pendant 10 minutes avant le test pour s’adapter à la température de la pièce.
- Éviter une forte source de lumière artificielle et la lumière du soleil qui brille sur le participant ou le LSCI comme lumière ambiante pourrait affecter la moorFLPI près de source laser infrarouge à 785 nm.
NOTE : Un test simple pour vérifier si les niveaux de lumière ambiante sont acceptables est en ouvrant la fenêtre Paramètres d’imagerie et obstruant le laser. Si l’image est presque entièrement noir il aucune autre étape ne n'est nécessaire ; s’il y a encore trop ambiante lumière présente, d’autres mesures sont nécessaires. - S’assurer que les participants sont détendus tout au long de l’évaluation, avec leurs pieds à plat sur le sol, si assis et d’éviter les conversations.
- Place 8 cm 2 d’adhésif opaque patch (AOP) (p. ex., Leukotape) sur la surface de la peau pour masquer la circulation sanguine. Ceci est fait pour tenir compte de l’inconvénient du LSCI en termes de haute sensibilité au mouvement de l’artefact, et signaux rétrodiffusés sera utilisé pour la mesure du débit sanguin microcirculatoire.
3. Microcirculation Image mesure
- choisir ' traitement Spatial ' de 25 images par seconde capture à 152 x 113 pixels.
- Choisissez ' mesure de l’image en direct ' et ajustez la position de l’imageur de 20 cm de distance de la participante suivie de réglage du zoom, de mise au point et de polariseur pour un minimum de réflexion spéculaire. L’image doit apparaître assez ' plat ' et sans relief.
- Définir un temps de pose de 20 ms pour une sensibilité élevée aux petits changements et le faible flux.
- Utiliser une fréquence d’affichage de 25 Hz et une constante de temps de 0,3 s pour tenir compte des modifications du débit sanguin rapide et pour obtenir un contraste optimal en réduisant le bruit de l’image.
- Créer des deux régions de taille égale (2 cm 2) d’intérêt (ROI), nommées ROI 1 et 2 de retour sur investissement. Aligner le ROI 2 est dans les 8 cm 2 AOP. Prendre soin pour que les ROIs ne sont pas interchangeant gardé mais étroite au sein de 2 à 4 cm pour réduire la nécessité de recentrer si aucun mouvement mécanique se traduit par 2 ROI n’étant plus dans le domaine de l’AO.
Remarque : Mesure du débit sanguin sera moins précis dans les zones de haute et basse intensité, il est donc important d’avoir un réglage de gain optimal. Le gain de valeur est comprise entre 0 - 200. Une valeur de réglage de gain optimal est atteint dans la gamme de 70-80. - Flux d’effectuer des mesures par rapport à une référence. Dans le cas de cette méthodologie, introduire ' le reste ' stade comme une référence. Dès lors, exprimer un ' rapide ' et ' lent ' stade du débit sanguin en pourcentage changer de point de référence ' reste ' stade.
- Enregistre de mesure du débit sanguin au format vidéo et l’enregistrer pour l’analyse hors ligne à l’aide d’un module de contrôle image.
4. Analyses hors ligne
Remarque : le logiciel de revue d’images de moorFLPI permet l’ouverture d’une vidéo pour réaliser une analyse.
- Calculer le flux moyen au sein de ROIs suite à une série d’enregistrements de la circulation sanguine moyenne. 1 ROI est la mesure réelle du débit sanguin de la peau et ROI 2 est le signal de peau de speckle laser rétrodiffusée de l’AOP.
- Calculer le flux sanguine moyenne en soustrayant 2 ROI de ROI 1 (circulation sanguine de la peau).
ROI 1 - ROI 2 = débit sanguin moyen
Representative Results
Le LSCI expérimental mis en place est décrite à la Figure 1 avec des outils fonctionnels identifiés. Une préparation participante typique pour une mesure du débit sanguin sur une zone de la cuisse antérieure est illustrée. Support de fixation réglable permet la rotation de la LSCI pour la mesure du débit sanguin dans les capillaires de toutes surfaces de peau. Figure 2 présente un exemple d’une image typique de speckle brut et image speckle converti avec réglages sur mesure décrites dans le protocole de mesure de la microcirculation sanguine.
La figure 3 montre un exemple de la surface de la peau et le placement de la POA (étape 3.1), LSCI brutes d’imagerie d’installation (étape 3.2), une image en direct pour l’écoulement de sang lent (étape 3.3) et un live d’image pour un flux sanguin rapide (étape 3.4) atteint en un enregistrement continu de données d’un flux alternatif nous ING moorFLPI LSCI. Paramètre de codage des couleurs une palette permet la différenciation entre les niveaux de flux. La palette standard de 16 couleurs, faible flux est considéré comme bleu, valeurs du flux moyen sont considérés comme des vert et des valeurs de flux élevé sont considérés comme orange et rouge.
Circulation sanguine de la peau est exprimée en unités de perfusion speckle laser (LSPU). La figure 4 montre la représentation graphique du ROI 1, 2 de retour sur investissement et AOP sur une zone de peau. Le débit sanguin moyen est calculé dans l’analyse hors ligne à l’aide de données provenant de ROI 1 et 2 de retour sur investissement et l’équation (1).
Figure 1 : moorFLPI LSCI expérimental set up Bras de support bureau, sorties de câble, positionner les contrôles (polarisant, réglage de mise au point et réglage du zoom), AOP et portable pour la configuration du paramètre image. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : image Raw speckle avant l’enregistrement de données. 2.1 - 2.2) flux et images brutes speckle d’un paramètre mal configuré, d'où un gain élevé avec la mauvaise visibilité qui se traduira par une mesure du débit sanguin moins précise. 2.3 - 2.4) Système configuré conformément au protocole, d'où un gain correct avec une visibilité maximale pour un résultat fiable. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : une vue d’ensemble de mesure d’installation et enregistrement à l’aide de moorFLPI LSCI. 3.1. une zone de peau (cuisse) avec un 2 cm2 AOP pour tenir compte des mouvements de l’artefact. 3.2) une brute speckle « plat et sans relief » image indiquant l’intensité lumineuse de rétrodiffusion bon avec réglage optimal. 3.3) un enregistrement d’image en direct d’un flux de sang lente. 3.4) un enregistrement d’image en direct d’un flux sanguin rapide. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : représentation graphique de la mise en page 1 du ROI, le ROI 2 et AOP sur une surface de la peau. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
| Repos (référence de base) (LSPU) | Flux sanguin lent (LSPU) | Flux de sang modérées (LSPU) | Flux sanguin rapide (LSPU) | |||||||||||
| Flux - moyen ROI 1 | Flux - moyen ROI 2 | Moyenne du débit sanguin | Flux - moyen ROI 1 | Flux - moyen ROI 2 | Moyenne du débit sanguin | Sang circuler % d’augmentation par référence | Flux - moyen ROI 1 | Flux - moyen ROI 2 | Moyenne du débit sanguin | Sang circuler % d’augmentation par référence | Flux - moyen ROI 1 | Flux - moyen ROI 2 | Moyenne du débit sanguin | Sang circuler % d’augmentation par référence |
| 157,9 | 35.1 | 122,8 | 178,5 | 41,6 | 136,9 | 10,9 | 216,9 | 44,6 | 172,3 | 33,5 | 418.9 | 77,5 | 341.4 | 94.2 |
Tableau 1 : flux dans Longshoremen moyen pour ROI 1 et 2 de retour sur investissement au départ, lente et modérée et rapide de sang couler. Augmentation du débit sanguin est exprimée comme une variation en pourcentage d’une étape de base.
Figure 5 : exemple de ROI 1 et 2 du ROI positionnement sur une surface de la peau (cuisse). Une palette de 16 couleurs expose les lavers de perfusions. Données sont enregistrées pour le ROI 1 et 2 de retour sur investissement en unités de perfusion et soustrait comme expliqué dans l’équation 1 pour la mesure de la microcirculation sanguine. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Discussion
Le but de cette étude était d’introduire une nouvelle technique de mesure et d’analyse d’une alternance de vitesses de la microcirculation du sang dans une expérience simple à l’aide du LSCI. Les mesures peuvent être affectés par la lumière ambiante, les vibrations et les mouvement participant y compris la respiration et secousses. Les étapes décrites dans le protocole ont été conçus pour réduire au minimum ces effets et d’obtenir des mesures fiables et reproductibles de la microcirculation sanguine.
Il convient de souligner que chaque étape au sein du protocole est essentiel pour une mesure précise de la microcirculation sanguine, la technique introduite a été découverts des analyses séquentielles suivantes de toutes les options de réglage possible et combinaisons disponibles dont : temps constant, réglage du zoom, durée d’exposition, affichez la palette de l’image de taux, de gain et de flux. Les résultats ont été analysés et répètent en utilisant l’affichage vidéo en direct et analyses hors ligne pour trouver la configuration optimale d’imagerie. C’est essentiel, car le logiciel de traitement d’image utilise le fait que la perfusion élevé produit une variation rapide de modèle speckle laser, et ainsi une zone de faible contraste de speckle bien défini est produite dans l’image vidéo. Image de perfusion est alors créée dans une carte couleur de perfusion microcirculatoire.
Préparation expérimentale de zone et de la participation est jugée indispensable, et cela peut être contrôlé en évitant les travaux près de sources de lumière (fenêtre) ou de fortes sources de lumière artificielle, car ceux-ci peuvent interférer avec la moorFLPI près de la source de laser infra-rouge. Le protocole introduit également une AOP comme il a été reconnu que l’environnementale vibration et le mouvement du participant aussi bien génèrent des signaux qui sont impossibles à distinguer de la circulation sanguine. L’AOP est avéré pour être un choix simple et efficace, offrant une option mince mais opaque, clair et accessible, qui avait une surface rugueuse au microscope afin d’éviter l’importante réflexion spéculaire. Recherches préliminaires par Omarjee et al. 11 met en évidence une limitation potentielle par lequel Leukotape crée une amplitude de signal de réflexion différente de celle de la peau et varie considérablement selon les sujets ; Cependant Mahe et al. 1 ne trouvé aucune différence radicale entre les participants. Bien que Leukotape n’est plus accessible que d’autres sur mesure, pastilles adhésives bicouche, la précision de mesure de l’équation (1) pourrait être améliorée en utilisant un AOP alternatif.
La section d’analyse hors connexion mis en évidence l’importance des tailles des ROIs et leur emplacement dans la zone d’intérêt. Au départ, un plus grand ROI 1, environ 8 cm2, a été jugé qui superposées du ROI 2. Cette méthodologie est vite devenu non fiable en raison de mouvement artefact, ce qui entraîne le déplacement du ROI 2 et l’expérience live devait être arrêté afin de recentrer le ROI 2. Une autre entrée courte était qu’en raison de 1 ROI qui vient se superposer l’AOP, le flux moyen pris n’est plus des superficies de l’AOP sur un compte, comme il n’était plus un signal rétrodiffusé. Cela signifiait une grande partie de la microcirculation sanguine était étant passé inaperçue et donc les données de flux qui ne sont pas correctes. Par conséquent, une méthode dans laquelle deux ROIs de 2 cm2, avec un AOP de 8 cm2 et aucune interaction entre ROI 1 et 2 de retour sur investissement (mais entretenu au sein de 2 à 4 cm de l’autre), offre une technique d’analyse fiables et reproductibles pour la mesure du sang microcirculation.
Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Les auteurs n’ont aucun remerciements.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| moorFLPI LSCI | Moor Instruments | Not Available - Online Link Provided in descreption | moorFLPI is an instrument designed for the measurment of blood flow within microvasculature by using infra red laser speckle contrast analysis. https://gb.moor.co.uk/ |
| moorFLPI Image Review Module | Moor Instruments | No Available - Online Link Provided | Used with moorFLPI, user can record and measure changes in blood flow by changerating a colour coded map of tissue perfusion. https://gb.moor.co.uk/ |
| Leukotape | BSN Medical | 72978-10 | Medical tape with microporous surface. http://www.bsnmedical.co.uk/fileadmin/z-countries/United_Kingdom/PDF/L/Leukotape_K_A46PP_low_res_11112013.pdf |
References
- Mahe, G., Rousseau, P., Durand, S., Leftheriotis, G., Abraham, P. Laser speckle contract imaging accurately measures blood flow over moving skin surfaces. Microvas Res. 81 (2), 183-188 (2010).
- Rousseau, P., et al. Increasing the "region of interest" and "time of interest", both reduce the variability of blood flow measurements using laser speckle contrast imaging. Microvas Res. 82, 88-91 (2011).
- Hecht, N., Woitzik, J., Dreier, J., Vajkoczy, P. Intraoperative monitoring of cerebral blood flow by laser speckle contrast analysis. Neurosurg Focus. 27 (4), 1-6 (2009).
- Mahe, G., Durand, S., Humeau-Heurtier, A., Leftheriotis, G., Abrham, P. Impact of experimental conditions on noncontact laser recordings in microvascular studies. Microcirculation. 19 (8), 669-675 (2012).
- Cheng, H., Duong, T. Q. Simplified laser-speckle-imaging analysis method and its application to retinal blood flow imaging. Opt Lett. 32 (15), 2188-2190 (2007).
- Doherty, J., McNamara, P., Clancy, N. T., Enfield, J. G., Leahy, M. J. Comparison of instruments for investigation of microcirculatory blood flow and red blood cell concentration. J Biomed Opt. 14 (3), 034025 (2009).
- Briers, D. J. Laser speckle contrast imaging for measuring blood flow. Opt Appl. 37 (1), 139-152 (2007).
- moorFLPI User Manual. (8), Moor Instrument Limited. Devon, UK. (2012).
- Mahe, G., Durand, S., Humeau-Heurtier, A., Abraham, P. Impact of Experimental Conditions on Noncontact Laser Recordings in Microvascular Studies. Microcirculation. 19, 669-675 (2012).
- Bahadori, S., Immins, T., Wainwright, T. The effect of calf neuromuscular electrical stimulation and intermittent pneumatic compression on thigh microcirculation. Micro Res. 111, 37-41 (2017).
- Omarjee, L., et al. Optimisation of movement detection and artifact removal during laser speckle contrast imaging. Miscrovas Res. 97 (1), 75-80 (2015).
