Summary
Questo studio presenta una nuova tecnica per la misurazione e l'analisi di velocità della microcircolazione sanguigna in un singolo esperimento utilizzando un imager di contrasto della macchiolina di laser che si alternano.
Abstract
La laser imager di contrasto della macchiolina (LSCI) fornisce una tecnica semplice ma potente per la misurazione del flusso sanguigno microcircolatorio. Ideale per le risposte dinamiche di sangue, la LSCI viene utilizzato nello stesso modo come un convenzionale Laser Doppler Imager (LDI). Tuttavia, con una profondità massima di pelle di circa 1 mm, la LSCI è progettato per concentrarsi su principalmente il flusso sanguigno superficiale. Esso viene utilizzato per misurare superfici di pelle di fino a 15 cm x 20 cm. La nuova tecnica introdotta in questo account di carta per alternata velocità di microcirculations; misurazione del flusso di flusso cioè sia lento e veloce con la LSCI. La tecnica novella supera anche la più grande lacuna di LSCI, che è alta sensibilità al movimento di artefatto. Un cerotto adesivo opaco (AOP) è stato introdotto per la soddisfacente registrazione del flusso sanguigno microcircolatorio, sottraendo il segnale LSCI da AOP dal segnale di pelle laser speckle. L'impostazione ottimale è definita anche perché la LSCI è più potente quando variazioni di flusso sono misurati rispetto a un valore basale di riferimento, con flusso microcircolatorio sangue espresso come una percentuale cambia dalla linea di base. Questi cambiamenti possono essere utilizzati per analizzare lo stato del sistema di flusso di sangue.
Introduction
Laser Speckle Imaging contrasto (LSCI) è un comprovato non-contatto, metodo per analizzare sangue flusso microcircolazione1,2,3,4,5,6 di monitoraggio in tempo reale , 7. the LSCI utilizzati in questa carta è moorFLPI pieno campo. La misurazione della perfusione di flusso di sangue in grandi aree a elevata risoluzione spaziale e temporale, utilizzando un fenomeno chiamato "speckle laser" è uno dei principali vantaggi di questo dispositivo6. La valutazione in tempo reale della microcircolazione avviene attraverso modelli acquisiti tramite una fotocamera mediante macchie sparse. Dato che il moorFLPI LSCI è destinato alla ricerca clinica e fisiologica, il software di elaborazione di immagine funziona sul fatto che alta perfusione produce rapida variazione nel modello laser speckle, che è poi integrato da addebitato Coupled Device (CCD) per produrre una superficie di contrasto basso8. Il contrasto è quantificato ed il flusso risultante è colore codificato per produrre un' immagine di aspersione8.
Purtroppo, la LSCI è molto sensibile alle vibrazioni ambientali, artefatto e movimento del soggetto zona9. Ad oggi questo ha fornito impegnativo quando alternanza degli Stati di flusso sono stati studiati. Questo documento spiega dettagli della tecnica esplicita delineato in un recente studio10 , dove un dispositivo di stimolazione elettrica neuromuscolare è stato utilizzato per misurare microcircolazione sanguigna quando c'era movimento dell'arto in esame.
Protocol
il metodo segnalato è stata utilizzata in uno studio che ha ricevuto l'approvazione etica dal comitato etico di Bournemouth University Research su 9 febbraio 2016 (riferimento 10571).
1. impostare il LSCI
- collegare pannello posteriore LSCI moorFLPI alle sue tre prese (alimentazione elettrica, Universal Serial Bus (USB) e IEEE 1394) per la funzione del sistema.
- Montare il braccio di supporto Desktop utilizzando 4 viti con il moorFLPI LSCI capovolto e fissata al supporto braccio
- Ruotare la staffa di montaggio per l'imaging al ribasso quando collegato.
Nota: La LSCI ha tre controlli: regolazione zoom (1) – con il dispositivo di imaging in posizione, meno ingrandimento può essere regolata rispettivamente alle impostazioni massime e minime per piccole e grandi campi di vista. Per garantire la ripetibilità, viene fornita un'etichetta anello indicizzazione; (2) regolazione messa a fuoco – questo è dipenda dalla distanza di misura e deve essere regolato dopo aver impostata la posizione dell'immagine. Per garantire la ripetibilità, viene fornita un'etichetta anello indicizzazione; e (3) un polarizzatore – un filtro polarizzatore lineare è disponibile per ridurre al minimo la riflessione speculare dagli organi esposti – il Monte rotante può essere ruotato di 360°. - Installare il software per controllare la telecamera. Il software è diviso in due moduli che forniscono una funzione di misurazione e rassegna.
2. Preparazione partecipante
- assicurarsi la valutazione viene eseguita in una camera a temperatura controllata (22 ± 1 ° C) e che i partecipanti sono seduti per 10 minuti prima del test per adattarsi alla temperatura ambiente.
- Evitare una forte sorgente di luce artificiale e la luce del sole splende il partecipante o il LSCI come luce ambiente poteva influenzare il moorFLPI vicino alla fonte di laser infrarossi operanti a 785 nm.
Nota: Un semplice test per verificare se la luminosità dell'ambiente sono accettabili è aprendo la finestra di installazione imaging e ostruire il laser. Se l'immagine è quasi completamente nero quindi non ulteriori sono necessari passaggi; Se c'è ancora troppo ambiente luce presente, ulteriore azione è necessario. - Garantire i partecipanti sono rilassati durante la valutazione, con i piedi a terra, se seduti ed evitare conversazioni.
- Place 8 cm 2 di adesivo opaco patch (AOP) (ad esempio, Leukotape) sulla zona di pelle per mascherare il flusso di sangue. Questo viene fatto per tenere conto l'inconveniente di LSCI in termini di alta sensibilità al movimento di artefatto, e segnale backscatter verrà utilizzato per la misurazione del flusso ematico microcircolatorio.
3. Microcircolazione immagine misura
- selezionare ' elaborazione spaziale ' per 25 fotogrammi al secondo cattura a 152 x 113 pixel.
- Scegli ' Live misura immagine ' e regolare la posizione del dispositivo di imaging dalla partecipante seguita da regolazione zoom, fuoco e polarizzatore per la riflessione speculare minima 20 cm. L'immagine dovrebbe apparire abbastanza ' piatto ' e informe.
- Impostare un tempo di esposizione di 20 ms per alta sensibilità ai piccoli cambiamenti e basso flusso.
- Utilizzare un tasso di esposizione di 25 Hz e una costante di tempo di 0,3 s per contabilizzare i cambiamenti del flusso sanguigno rapido e per ottenere il contrasto ottima attraverso la riduzione del rumore dell'immagine.
- Creare due aree di uguali dimensioni (2 cm 2) di interesse (ROI), denominate ROI 1 e 2 di ROI. Allineare, ROI 2 quindi è all'interno di 8 cm 2 AOP. Prendersi cura affinché ROIs non sono intercambiabili ma tenute vicino entro 2-4 cm per ridurre la necessità di riguadagnare la centralità se qualsiasi movimento meccanico si traduce in ROI 2 non essere più in zona AO.
Nota: La misurazione del flusso ematico potranno essere meno accurata nelle aree di bassa e alta intensità, quindi è importante avere un'impostazione di guadagno ottimale. Il guadagno di valore compreso tra 0 - 200. È ottenuto un valore di impostazione di guadagno ottimale nella gamma di 70-80. - Flusso di eseguire misurazioni rispetto una linea di base di riferimento. Nel caso di questa metodologia, introdurre ' il resto ' palco come una linea di base di riferimento. Pertanto, esprimere un ' veloce ' e ' lento ' fase del flusso sanguigno in percentuale cambia da una linea di base, ' resto ' fase.
- Registrare la misurazione del flusso ematico in formato video e salvare per l'analisi offline utilizzando un modulo di revisione immagine.
4. Analisi offline
Nota: il moorFLPI immagine modifica Software consente l'apertura di un video per eseguire l'analisi.
- Calcola il flusso medio all'interno di ROIs seguendo una serie di registrazioni di flusso sanguigno di media. 1 ROI è la vera misura di flusso sanguigno della pelle e ROI 2 è il segnale retrodiffuso laser speckle pelle AOP.
- Calcolare il flusso sanguigno di media sottraendo 2 ROI da ROI 1 (flusso sanguigno della pelle).
1 - 2 di ROI ROI = flusso sanguigno di media
Representative Results
La LSCI sperimentale istituito è descritto nella Figura 1 con funzionali strumenti identificati. È illustrata una tipica preparazione partecipante per una misura di flusso sanguigno su un'area della coscia anteriore. Staffa di montaggio regolabile permette la rotazione di LSCI per la misurazione del flusso sanguigno all'interno del microcircolo di qualsiasi zona particolare della pelle. Figura 2 descrive un esempio di un tipico speckle raw immagine e macchiolina convertito con su misura impostazioni descritte nel protocollo per la misurazione della microcircolazione sanguigna.
La figura 3 Mostra un esempio di zona della pelle e la collocazione di AOP (punto 3.1), installazione di imaging crudo LSCI (punto 3.2), un'immagine live per flusso sanguigno lento (punto 3.3) e un live image per un flusso di sangue veloce (punto 3.4) raggiunto in una registrazione continua dei dati di un flusso alternato ci ING moorFLPI LSCI. Tavolozza colori impostazione consente la differenziazione tra i livelli di flusso. Con la tavolozza di 16 colori standard, basso flusso è visto come blu, i valori di flusso medie sono visti come verde e valori di alto flusso sono visti come arancione e rosso.
Flusso sanguigno della pelle è espressa in unità di laser speckle aspersione (LSPU). La figura 4 Mostra la rappresentazione grafica del ROI 1 e 2 di ROI AOP su un'area di pelle. Il flusso sanguigno di media viene calcolato in analisi offline utilizzando dati dall'equazione (1) ROI 1 e 2 di ROI.
Figura 1: moorFLPI LSCI sperimentale set up Braccio di supporto desktop, uscite cavo, controlli di posizione (zoom regolatore, regolatore di messa a fuoco e polarizzatore), AOP e portatile per la configurazione di impostazione dell'immagine. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: immagine Raw speckle prima della registrazione dei dati. 2.1 - 2.2) flusso e immagini raw macchiolina di un'impostazione mal configurata con scarsa visibilità che si tradurrà in una misura meno accurata del flusso sanguigno con conseguente alto guadagno. 2.3 - 2.4) Sistema configurato come da protocollo, risultando in un guadagno corretto con massima visibilità per un risultato affidabile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: una panoramica di misura installazione e record utilizzando moorFLPI LSCI. 3.1. una zona di pelle (coscia) con un 2 cm2 AOP per tenere conto per il movimento di artefatto. 3.2) un'immagine raw speckle 'piatto e informe' indicando backscatter buona intensità luminosa con impostazione ottimale. 3.3) registrazione di un flusso sanguigno lento un'immagine live. 3.4) registrazione di un flusso di sangue veloce un'immagine live. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: rappresentazione grafica del layout ROI 1 e 2 di ROI AOP su un'area della pelle. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Resto (riferimento della linea di base) (LSPU) | Flusso sanguigno lento (LSPU) | Flusso di sangue moderata (LSPU) | Flusso sanguigno veloce (LSPU) | |||||||||||
| Significa Flux - ROI 1 | Significa Flux - ROI 2 | Significa che il flusso sanguigno | Significa Flux - ROI 1 | Significa Flux - ROI 2 | Significa che il flusso sanguigno | % Di aumento rispetto al basale del flusso di sangue | Significa Flux - ROI 1 | Significa Flux - ROI 2 | Significa che il flusso sanguigno | % Di aumento rispetto al basale del flusso di sangue | Significa Flux - ROI 1 | Significa Flux - ROI 2 | Significa che il flusso sanguigno | % Di aumento rispetto al basale del flusso di sangue |
| 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 |
Tabella 1: significare cambiamento continuo in LSPU per ROI 1 e 2 di ROI al basale, lento, moderato e veloce flusso di sangue. Aumento del flusso di sangue è espresso come variazione percentuale da una fase di previsione.
Figura 5: esempio di ROI 1 e 2 di ROI posizionamento su una superficie di pelle (coscia). Una tavolozza di 16 colori delinea le ulve di aspersioni. Dati sono registrati per ROI 1 e 2 di ROI in unità di aspersione e sottratto come spiegato nell'equazione 1 per la misura della microcircolazione sanguigna. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Discussion
Lo scopo di questo studio era di introdurre una nuova tecnica per la misurazione e l'analisi di velocità della microcircolazione sanguigna in un singolo esperimento utilizzando la LSCI che si alternano. Le misurazioni possono essere influenzate da luce ambientale, vibrazione e movimento partecipante compreso respirazione e spasmi muscolari. I passaggi descritti nel protocollo sono stati progettati per ridurre al minimo tali effetti e ottenere misurazioni affidabili e ripetibili della microcircolazione sanguigna.
È dato risalto a che ogni passaggio all'interno del protocollo è fondamentale per una misurazione accurata della microcircolazione sanguigna, la tecnica introdotta era scoperto seguenti test sequenziale di tutte le possibili opzioni di impostazione e combinazioni disponibili, tra cui: tempo costante, impostazione dello zoom, tempo di esposizione, Mostra palette immagine tasso, guadagno e flusso. Risultati sono stati analizzati e ripetono utilizzando la visualizzazione di video dal vivo e analisi offline per trovare la configurazione ottima di imaging. Questo era essenziale come il software di elaborazione di immagine utilizza il fatto che produce alta perfusione rapida variazione nel modello della macchiolina di laser, e di conseguenza una zona di basso contrasto di speckle ben definito è prodotto nell'immagine video. Immagine di aspersione viene quindi creato in una mappa di color-coded di perfusione microcircolatoria.
Preparazione sperimentale di zona e la partecipazione è risultata essenziale, e questo può essere controllato evitando lavoro vicino a fonti di luce (finestra) o forti fonti di luce artificiale, in quanto questi potrebbero interferire con il moorFLPI vicino a sorgente laser infrarossi. Il protocollo inoltre introdotto un AOP come è stato riconosciuto che le vibrazioni ambientali e movimento del partecipante sia generare segnali che sono indistinguibili dal flusso sanguigno. L'AOP è rivelato per essere una scelta semplice ma efficace, offrendo sempre l'opzione sottile ma opaco, chiaro e accessibile che aveva una superficie microscopicamente ruvida per evitare significativa riflessione speculare. Ricerca preliminare di Omarjee et al. 11 evidenzia una limitazione potenziale con cui Leukotape crea un'ampiezza di segnale riflesso diverso da quello della pelle e varia in modo significativo tra i soggetti; Tuttavia Mahé et al. 1 non trovato alcuna differenza drastica tra i partecipanti. Anche se Leukotape è più accessibile di quanto altro su misura, patch adesivi doppio strato, l'accuratezza della misura di equazione (1) può essere migliorato utilizzando un POA alternativo.
La sezione di analisi offline evidenziata l'importanza delle dimensioni di ROIs e la loro posizione all'interno dell'area di interesse. Inizialmente, un più grande ROI 1, circa 8 cm2, è stato provato che overlaid il 2 ROI. Questa metodologia divenne ben presto un-affidabile a causa del movimento di artefatto causando il ROI 2 lo spostamento e l'esperimento live ha dovuto essere interrotta per ri-centrare il 2 ROI. Un altro breve arrivando era che a causa di ROI 1 sovrapponendo l'AOP, il flusso medio non ha preso la zona sotto AOP su un conto, come non c'era più un segnale retrodiffuso. Ciò significava un'ampia sezione della microcircolazione sanguigna era stata trascurata e pertanto dati flusso risultanti non sono state corretti. Di conseguenza, una metodologia in cui due ROIs di 2 cm2, con un POA di 8 cm2 e nessuna interazione tra ROI 1 e 2 di ROI (ma tenuta entro 2-4 cm uno da altro), fornisce una tecnica di analisi affidabili e ripetibili per la misura di sangue microcircolazione.
Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Gli autori non hanno nessun ringraziamenti.
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
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