Summary
Det här protokollet beskriver hur användningen av diffusa polarisering spektroskopi kan förbättra den kliniska nyttan av kapillär refill testet. Vi föreslår en mer detaljerad analys av de kapillär refill hos friska frivilliga med diffus reflektans spektroskopi videor och ny datoriserad slutpunkter.
Abstract
Kapillär refill testet infördes 1947 uppskattning av cirkulatorisk status hos kritiskt sjuka patienter. I riktlinjerna anges vanligen som påfyllning ska ske inom 2 s efter att ha släppt 5 s av fast tryck (t.ex., av läkarens finger) i den normala friska liggande patienten. En långsammare refill tid indikerar dålig hudgenomblödningen, vilket kan orsakas av villkor inklusive sepsis, blodförlust, hypoperfusion och hypotermi. Sedan introduktionen, har kliniska nyttan av testet debatterats. Förespråkar påpeka dess genomförbarhet och enkelhet och hävdar att det kan indikera förändringar i vaskulär status tidigare än förändringar i vitala funktioner som puls. Kritiker, däremot, betonar att avsaknaden av standardisering i hur testet utförs och blotta ögat bedömningen, samt testets känslighet för miljöfaktorer, högst subjektiva natur markant sänker det kliniska värdet. Syftet med detta arbete är att i detalj beskriva loppet av händelsen refill och föreslå potentiellt mer objektiva och exakta endpoint värden för kapillären Fyll test med diffusa polarisering spektroskopi.
Introduction
Bedömning och triage av kritiskt sjuk patient centrerar på den klassiska vitala blodtryck (BP), puls (HR), andningsfrekvens (RR), syremättnad och kropp temperatur1. Ändringar i dessa parametrar visas relativt sent under cirkulatorisk försämring. Exempelvis uppstår inte en minskning av BP i blödning, tills blodförlust blir måttlig till svår2och HR ökning kan också vara en okänslig och ospecifik markör3.
Kapillär refill testet (CR-test) kan erbjuda ett tidigare tecken på begynnande cirkulationskollaps, som refill tiden tros ändra före den vitala tecken liksom kliniska utseende av kall, fuktig och fläckiga hud1,4 , 5. kapillär refill testet utförs vanligtvis av ansökan och sedan utgivningen av en fast blanchering tryck på huden med tidpunkten (i sekunder) för återlämnande av blod till skållade området. Enligt riktlinjerna, bör refill ske inom 2 sekunder efter 5 sekunder av fast tryck (t.ex., av läkarens finger) i normala friska liggande patient6. Grunden för testet är att en långsammare refill tid tyder på dålig hudgenomblödningen, möjligt orsakas av en av ett antal kritiska händelser såsom sepsis, blodförlust, akut hjärtsvikt eller hypotermi.
För närvarande finns det ingen enighet på en toppmodern metod för att utföra CR test6,7,8,9,10. Omtvistade frågor inkluderar brist på standardisering av den faktiska blanchering manövern och beroendet av subjektiva (dvs, blotta ögat) bedömningar av refill endpoint7,9,11. Dessutom finns det indikationer på att kön påverkar CR tid12,13. Temperaturen, både ambient och hud, är kända för att påverka den capillary åter fylla tid, men i vilken utsträckning är inte klart. Slutligen, användning av olika mätpunkter, perifer eller central, är förmodligen en ytterligare orsak till variation i resultat med några studier på detta område14,15.
I den nuvarande arbetet använde vi ett system för optisk bioengineering för att registrera kursen avkastning av blod och den efterföljande hyperemic svar sett under CR testet. Systemet utnyttjar diffusa polarisering spektroskopi för att kvantifiera och beskriva mer detaljerat än möjligt med blotta ögat, tid och naturligtvis den kapillär refill. Systemet består av en vanlig digitalkamera, försedda med en yttre ljusring med 92 vita lysdioder och specialutvecklad programvara. Linsen och två polarisering filtren, fäst ortogonalt framför lysdioderna, blockera ljuset som har återspeglats direkt från hudytan så att bara ljuset som har blivit Aricebo i vävnaden att nå kameran. Detta genererar en ”sub-epidermala” bild av vävnad till ett djup av cirka 0,5 mm. Bilden är uppdelad i dess färgplan och röda och gröna innehållet för varje bildpunkt beräknas, generera ett värde som motsvarar den vävnad koncentrationen av röda blodkroppar16. I videoläge, systemet temporal upplösning är 0.02 s.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Studien beskrivs här följt lokala etiska riktlinjer och godkändes av den regionala etikprövningsnämnden i Linköping (tillstånd nummer 2015/99-31).
1. informerat samtycke och Screening
- Inhämta informerat samtycke från ämnet.
- Skärm efter inklusion/exklusion kriterier.
Obs: Inklusionskriterier var: a frisk vuxen > 18 år, (ii) kunna förstå skriftlig och muntlig information, och (iii) ger muntliga och skriftliga samtycke. Exklusionskriterier var: (i) oförmögen eller ovillig att ge informerat samtycke, (ii) pågående hudåkommor, (iii) hjärt-kärlsjukdom, (iv) medicin som kan störa vaskulär funktion. Orala preventivmedel tillåts. Om ämnet använder p-piller bör detta vara noterade på motivets protokoll filen, (v) ärr gratis och icke-blåmärken huden i pannan, (vi) inget intag av koffein eller tobak 2 h före uppkomsten av test och (vii) ingen ansträngande fysisk aktivitet minst 2 h pr ior till debut av testet.
2. acklimatisering och utrustning Setup
- Låt testpersonen acklimatisera sig i minst 20 min i ryggläge före uppkomsten av testet.
Obs: Korrigera positionering av föremål och utrustning visas i kompletterande bild 1. -
Ställ in kameran inspelningen av kapillär refill tester använder utsedda programvaran och digitalkamera (se tabell för material).
- Anslut USB-kabeln till kameran och datorn och justera kamerainställningarna till videoläge.
- Slå på kameran och kontrollera att den ansluter till datorn.
- Starta kameraprogramvaran fjärrstyrd (se Tabell för material).
- Stäng av omgivande ljus och slå datorskärmen från området mätning.
3. data Acquisition
- Klicka på vyn ”liv” (Sic) knappen och tryck på ”Start”.
- Växla mellan 'video' och 'TiVi' läge genom att klicka på knapparna (detta påverkar inte inspelningen, bara det på skärmen presentation). Se till att en direktuppspelad video av motivets pannan är synlig på displayen på kameran och på datorskärmen.
- Justera kameran till en höjd av ca 15 cm direkt ovanför motivets pannan.
- Se till att fokus för kameran är inställd på ”AF” (autofokus).
- Be motivet hålla sitt huvud fortfarande under hela testet och att avstå från att prata. Informera det ämne som det är OK att hålla sina ögon stängda under provningen genom att säga: ”Snälla, Lägg ditt huvud på denna kudde och hålla huvudet stilla under hela testet. Snälla, prata inte under de 20 sekunder som testet kommer pågå. Du kan hålla ögonen stängda för hela tiden om du hittar ljuset alltför ljusa ”.
- Flytta inte kameran under inspelning.
- I fönstret ”liv Visa” hitta och klicka på ”HD record” att starta en kontinuerlig inspelning för 20 s. Observera att varaktigheten av inspelningen (sekunder), kan ses på kamerans display; de första 5 s av inspelningen är att förvärva normal capillary blod koncentrationen av pannan.
- I slutet av 5 s av baslinjen inspelning, tillämpa en firma blanchering trycket till området mätning för 5 s. Använd pekfingret med en plast tesked mellan fingret och pannan för trycket utjämning och temperatur isolering.
- Släpp trycket och snabbt återkalla granskarens finger och plast tesked från området mätning.
- Fortsätt inspelning för en annan 10 s att fånga den efterföljande hyperemic svaren.
- Stoppa inspelningen genom att klicka på ”Stop” i fönstret ”vy”.
- När inspelningen har stoppats, öppnas ett fönster för att spara och namnge filen (i .mov-format); Välj en mapp och ett namn för videon. Koppla inte bort kameran från datorn medan videon hämtas till den angivna mappen på datorn.
4. dataanalys
- Gå vidare till utföra bild analys och kurvan konstruktion med en dedicerad mjukvara (se Tabell för material).
- Starta programvaran analys genom att dubbelklicka på ikonen på skrivbordet.
- När programvaran har startat på huvudskärmen väljer du ”filmsida”.
- I fönstret ”filmsida” Klicka på ”läsa film”. Vänta tills programmet att ladda upp och analysera filmen. Detta kan ta upp till ett par minuter beroende på storleken på videofilen.
- När att ladda upp och analysera filmen är klar, klicka på ”Spara som bilder” och vänta för programvaran att analysera videon.
Obs: Detta skapar automatiskt en ny mapp på datorn som innehåller videosekvensen uppdelad i enskilda JPEG-bilder. - När uppdelningen av videon i enskilda JPEG-bilder är klar, hitta och välj ”Beskär bilder sida” i fönstret huvudskärmen.
- ”Beskär bilder på sidan” klicka ”första bild” och navigera till mappen som innehåller JPEG-foton från videon och välj det första fotot ska analyseras; programvaran kommer automatiskt att välja följande bilder att partiet.
- Klicka på menyn ”Redigera” och välj mellan rund eller rektangulär markörer för regionen av intresse.
- I fönstret ”Välj bilder” hittar du ”faktiska foto” rutan och skriv namnet på den första bilden i partiet där prövarens finger är helt tillbakadragen från området mätning. För att hitta detta foto, Titta igenom mappen som innehåller de enskilda bilderna från video.
- Välj en region av intresse genom att klicka och hålla in vänster musknapp och rita en cirkel eller rektangel i fönstret foto som är inom gränserna för skållade området. Den valda regionen av intresse tillämpas automatiskt på alla bilder för batchen.
- Klicka på Arkiv-menyn och välj ”Spara ROI” för att spara platsen för den valda regionen av intresse för framtida referens.
- Klicka på knappen ”kurva tracker” och vänta för programvaran att analysera regionen av intresse.
- När fönstret kurva tracker öppnas, visas ändringen i röda blodkroppar koncentration för det markerade området av intresse för varaktigheten av testet som en kurva. Den på skärmen presentation kan ändras genom att klicka på knapparna olika. Detta påverkar inte raw-data.
- Klicka på ”Export data” och spara rådata avskriften för vidare analys.
- I rådata avskriften, navigera till kolumnen som heter ”betyder intensitet TiVi värden”. Generera tre nya kolumner bredvid denna kolumn för ”bild nummer”, ”total tid”, och ”kapillär refill time” från 1 s, 0 s och 0 s och med en incrementation av 1 s, 0.02 s och 0.02 s, respektive.
Obs: ”Capillary åter fylla tid” korrelerar till tiden för den efterföljande reaktionen till frigöraren av blanchering trycket och börjar vid medelvärdet som representerar det första fotot där prövarens finger är helt tillbakadragen från området mätning. - Ta bort värdena mellan baslinjen och capillary åter fylla tid, eftersom dessa bara innehåller buller som alstras av prövarens pekfinger och plast tesked under blanchering manövern.
- Beräkna ett medelvärde för baslinjemätning (första 5 s av inspelningen).
- Hitta det första värde som motsvarar eller överträffar de beräknade Genomsnittligt utgångsvärde värde och notera tiden i kolumnen ”kapillär refill tid”. Denna tidpunkt motsvarar den ”tid att återvända till Originalplan 1”.
- Hitta den högsta intensitet medelvärde av de värden som genereras efter tryckavlastning och observera tidpunkten i kolumnen ”Capillary åter fylla tid”. Denna tidpunkt motsvarar den ”tid till topp”.
- Hitta andra värde som är mindre än eller lika med beräknat medelvärdet för baslinjemätning och notera den tidpunkten i kolumnen ”Capillary åter fylla tid”. Denna tidpunkt motsvarar den ”tid att återvända till originalplan 2”.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Filmning av den kapillär återfyllnad genererar stora mängder data inte möjligt att få av blotta ögat bedömning. Vi föreslår här nya slutpunkter för att ytterligare förbättra användbarheten av CR testet som en tidig indikator på försämring cirkulatoriska statusen. Vi kallar dessa slutpunkter: ”Baseline”, ”blod noll” (eller ”BZ”) ”, dags att återvända till Originalplan 1” (eller ”tRtB1”), ”tid-till-topp” eller ”Tpk.” ”Utgångsvärdet” härleds genom att beräkna ett medelvärde av alla de värden som erhålls under de 5 s baslinjemätning. ”Blood noll” är medelvärdet vunnit från första bilden av området skållade omedelbart efter trycket släpps. Definitionen av ”tRtB1” är tid, i sekunder, efter release av blanchering trycket tills värdet av skållade området är lika eller högre ”utgångsvärdet”. ”Tpk” motsvarar den tid som det högsta värdet redovisas. Figur 1 visar ett urval av vanliga fotografier och färgkodade bilder från ett test utförs på pannan av en hälsosam manlig volontär vid rumstemperatur. Figur 2 visar en representativ kurva från en kapillär refill test från samma test som beskrivs ovan. Mättiden i avbildade testet var 3 min, en tid som inte är tillämpliga i en klinisk situation, men illustrerar hur lång tid det tar innan värdet är tillbaka till utgångsvärdet.
Figur 1: kapillär refill svar i friska volontär. Ett urval av vanliga fotografier (övre raden) och korrelerade färgkodade bilder (nedre raden) från en kapillär refill-test som utförs på pannan av en friska manliga frivilliga. (A) visar pannan före tillämpningen av tryck, skållade området omedelbart efter utgivningen av trycket (B) och hyperemic svar (C). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: detaljerad profil av kapillär refill svar med föreslagna endpoints. Diagrammet visar loppet av den kapillär återfyllnad, som förändringen i röda blodkroppar koncentration över tid, på pannan av en friska manliga frivilliga och den nya föreslog slutpunkter som genereras av analys av diffus reflektans spektroskopi videor. ”Utgångsvärdet” härleds genom att beräkna ett medelvärde av alla de värden som erhålls under de 5 s baslinjemätning. ”Blood noll” är medelvärdet vunnit från första bilden av området skållade omedelbart efter trycket släpps. Definitionen av ”tRtB1” är tid, i sekunder, efter release av blanchering trycket tills värdet av skållade området är lika eller högre ”utgångsvärdet”. ”Tpk” motsvarar den tid som det högsta värdet redovisas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Kompletterande Figur1: mätning inställningar och positionering av ämnet. Figuren visar en representativ setup för mätning av CR svaret i pannan i en vilande, friska ämne. Polarisation filter och bly ljus ring är monterade på en vanlig digitalkamera. Kameran är kopplad till ett stabilt stativ med flexibla, 3-vägs justerbar huvud möjliggör korrekt positionering. Fast tryck appliceras på området mätning för 5 s med hjälp av en standard, plast tesked. Observera att omgivande ljus bör vara nedtonade för att undvika störningar med mätningen. Vänligen klicka här för att hämta den här filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
För att få bästa resultat med systemet, måste variabilitet som orsakas av miljöfaktorer kontrolleras. Alla omgivande ljus måste vara avstängd. Kameran måste placeras i lodrät justering med området mätning. För att säkerställa ett konstant mätning område, bör ämnen inte flytta eller prata under mätningen. Av samma anledning monteras företrädesvis kameran på ett stativ att undvika rörelser och upprätthålla ett konstant avstånd till området mätning. Testa betvingar bör undvika koffein17, tobak18och hård träning19 för i minst två timmar före provningen och vila i 20 min innan mätning, eftersom dessa faktorer är kända att påverka mikrocirkulationen. Testa betvingar bör i ryggläge med webbplatsen mätning på hjärtat nivå att undvika positionella omfördelning av blodvolymen. Rumstemperatur och hudens temperatur bör övervakas, eftersom temperaturen är kända för att påverka de refill tid20,21.
Det finns andra bioengineering alternativ till blotta ögat bedömning och presenterade tekniken som kunde användas för att mäta CR testet. De flesta av dessa tekniker använda förändringar i polariserade eller unpolarized ljus efter reflektion på huden22,23,24 . Andra tekniker mäta förändringar i hudens färg med en videokamera25, vilket är möjligen mest liknar den kliniska situationen. Ytterligare, indirekta åtgärder av blodflödet kan uppnås genom att sammanföra yttemperaturen till förändringar i dermal blod flöde26. Dessa alternativa tekniker är utformade för att mäta ett begränsat område av huden eller är avsedda för användning endast i en anatomisk plats (t.ex., fingrar)23,24,25.
Med detta nya system är det möjligt att växla mellan video och fortfarande fotografi och fånga ett stort område, till exempel en lem eller ens hela kroppen om det behövs, med hög temporal och spatial upplösning. Vi hävdar därför att detta är en attraktiv teknik för ytterligare fysiologiska och patofysiologiska karakterisering av kapillär refill svar.
Det bör noteras att kamerasystemet och huden blanchering manöver beskrivs och används här är utformade för forskningsändamål och ännu inte är optimerade för klinisk användning. För att vara fullt användbar som en metod för övervakning av kritiskt sjuka patienter, måste systemet miniatyriserade och förenklas. Helst bör kamerasystemet integreras med en enhet som levererar ett standardiserat blanchering tryck och presenterar en fysiologiskt relevanta avläsning omedelbart. Även om vi på ett tidigt stadium att utreda den grundläggande fysiologin av CR svar, tror vi att de flesta av dessa utmaningar kan hanteras av teknisk utveckling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Inget ekonomiskt stöd från WheelsBridge AB var involverad i genomförandet av studien. Författaren JH är anställd av Landstinget men har ett royaltyavtal med WheelsBridge AB. Den ledande författaren CDA har en akademisk heltidstjänst men också begränsade deltagande i WheelsBridge AB.
Acknowledgments
Vi vill uttrycka vår tacksamhet för den svenska Defense Agency (FOI) och Center Linköping personal för katastrofmedicin och traumatologi (KMC) för deras vänliga stöd.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| TiVi701 Camera | WheelsBridge AB | TiVi701 Camera, version 1.5.1 | Software |
| TiVi700 | WheelsBridge AB | TiVi700 Analysis, version 1.2.9 | Software |
| Canon EOS 700D | Canon U.S.A., inc. | Canon EOS 700D | Digital SLR Camera |
| Camera stand | Manfrotto | 681B | Modified camera stand to hold the digital camera in position |
| Camera stand | Disa Denmark | 9020B | Modified camera stand to hold the digital camera in position |
References
- Strehlow, M. C. Early identification of shock in critically ill patients. Emerg Med Clin North Am. 28 (1), 57-66 (2010).
- Advanced Life Support, G. Acute Medical Emergencies. , Wiley-Blackwell. 67-84 (2010).
- Brasel, K. J., Guse, C., Gentilello, L. M., Nirula, R. Heart rate: is it truly a vital sign? J Trauma. 62 (4), 812-817 (2007).
- De Backer, D., Ortiz, J. A., Salgado, D. Coupling microcirculation to systemic hemodynamics. Curr Opin Crit Care. 16 (3), 250-254 (2010).
- Mrgan, M., Rytter, D., Brabrand, M. Capillary refill time is a predictor of short-term mortality for adult patients admitted to a medical department: an observational cohort study. Emerg Med J. 31 (12), 954-958 (2014).
- Advanced Life Support, G. Acute Medical Emergencies. , Wiley-Blackwell. 55-65 (2010).
- Lewin, J., Maconochie, I.
- Lobos, A. T., Menon, K. A multidisciplinary survey on capillary refill time: Inconsistent performance and interpretation of a common clinical test. Pediatr Crit Care Med. 9 (4), 386-391 (2008).
- Otieno, H., et al. Are bedside features of shock reproducible between different observers? Arch Dis Child. 89 (10), 977-979 (2004).
- Raju, N. V., Maisels, M. J., Kring, E., Schwarz-Warner, L. Capillary refill time in the hands and feet of normal newborn infants. Clin Pediatr (Phila). 38 (3), 139-144 (1999).
- Klupp, N. L., Keenan, A. M. An evaluation of the reliability and validity of capillary refill time test. The Foot. 17, 15-20 (2007).
- Gorelick, M. H., Shaw, K. N., Baker, M. D. Effect of ambient temperature on capillary refill in healthy children. Pediatrics. 92 (5), 699-702 (1993).
- Schriger, D. L., Baraff, L. Defining normal capillary refill: variation with age, sex, and temperature. Ann Emerg Med. 17 (9), 932-935 (1988).
- Pandey, A., John, B. M. Capillary refill time. Is it time to fill the gaps? Med J Armed Forces India. 69 (1), 97-98 (2013).
- Strozik, K. S., Pieper, C. H., Roller, J. Capillary refilling time in newborn babies: normal values. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 76 (3), F193-F196 (1997).
- Doherty, J., et al. Sub-epidermal imaging using polarized light spectroscopy for assessment of skin microcirculation. Skin Res Technol. 13 (4), 472-484 (2007).
- Noguchi, K., et al. Effect of caffeine contained in a cup of coffee on microvascular function in healthy subjects. J Pharmacol Sci. 127 (2), 217-222 (2015).
- Reus, W. F., Robson, M. C., Zachary, L., Heggers, J. P. Acute effects of tobacco smoking on blood flow in the cutaneous micro-circulation. Br J Plast Surg. 37 (2), 213-215 (1984).
- Lenasi, H., Strucl, M. Effect of regular physical training on cutaneous microvascular reactivity. Med Sci Sports Exerc. 36 (4), 606-612 (2004).
- Anderson, B., Kelly, A. M., Kerr, D., Clooney, M., Jolley, D. Impact of patient and environmental factors on capillary refill time in adults. Am J Emerg Med. 26 (1), 62-65 (2008).
- John, R. T., Henricson, J., Nilsson, G. E., Wilhelms, D., Anderson, C. D. Reflectance spectroscopy: to shed new light on the capillary refill test. J Biophotonics. , (2017).
- Blaxter, L. L. An automated quasi-continuous capillary refill timing device. Physiological measurement. 37, 83-99 (2016).
- Bordoley, A., Irwin, R., Kalyani, V., MacDonald, C., Standish, D. D1GIT: Automated, temperature-calibrated measurement of capillary refill time. , (2012).
- Kviesis-Kipge, E., Curkste, E., Spigulis, J., Eihvalde, L. Real-time analysis of skin capillary-refill processes using blue LED. Proc. of SPIE. 771523, (2010).
- Shavit, I., Brant, R., Nijssen-Jordan, C., Galbraith, R., Johnson, D. W. A novel imaging technique to measure capillary-refill time: improving diagnostic accuracy for dehydration in young children with gastroenteritis. Pediatrics. 118 (6), 2402-2408 (2006).
- Cohen, J., et al. Monitor to Measure Dermal Blood Flow in Critically Ill Patients: Study. International Scholarly Research Notices. 578316, e578316 (2013).
