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Neuroscience

Diffuse Reflexion Spektroskopie: Immer des Rekapillarisierungszeit Tests unter der Fuchtel

doi: 10.3791/56737 Published: December 2, 2017

Summary

Dieses Protokoll beschreibt, wie die Verwendung von diffusen Polarisation Spektroskopie den klinische Nutzen der Rekapillarisierungszeit Test verbessern kann. Wir empfehlen eine genauere Analyse des Studiengangs Rekapillarisierungszeit bei gesunden Probanden mit diffusen Reflexion Spektroskopie Videos und neuen informatischen Endpunkte.

Abstract

Die Rekapillarisierungszeit Test wurde im Jahr 1947 Kreislauf Status bei kritisch kranken Patienten schätzen eingeführt. Allgemeinen Leitlinien dieser Mine treten innerhalb von 2 s nach der Veröffentlichung von 5 s von festem Druck (z.B.durch den Arzt Finger) in den normalen gesunden Rückenlage Patienten. Ein langsamer Nachfüllen Zeitrechnung zeigt schlechte Hautdurchblutung, hervorgerufen durch Bedingungen einschließlich Sepsis, Blutverlust, Hypoperfusion und Unterkühlung. Seit ihrer Einführung ist die klinische Nützlichkeit des Tests debattiert worden. Befürworter weisen darauf hin seine Machbarkeit und Einfachheit und behaupten, dass es Veränderungen im vaskulären Status früher als Veränderungen der Vitalparameter wie Herzfrequenz anzeigen kann. Kritiker betonen auf der anderen Seite, dass die mangelnde Standardisierung in wie der Test durchgeführt wird und der höchst subjektiven Beurteilung mit bloßem Auge als auch den Test Anfälligkeit für ambient Faktoren, den klinischen Wert deutlich senkt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist, den Verlauf der Refill-Veranstaltung im Detail zu beschreiben und potenziell objektiver vorzuschlagen und genauen Endpunkt Werte für die Kapillare Nachfüllen Test mit diffusen Polarisation Spektroskopie.

Introduction

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Bewertung und Triage der kritisch kranken Patienten Zentren für klassische Vitalzeichen Blutdruck (BP), Herzfrequenz (HF), Atemfrequenz (RR), Sauerstoffsättigung und Körper Temperatur1. Änderungen dieser Parameter erscheinen relativ spät im Zuge der Kreislauf Verschlechterung. Beispielsweise wird eine Abnahme der BP in Blutung, nicht auftreten, bis Blutverlust moderate bis schwere2 wirdund HR-Anstieg auch eine unempfindliche und unspezifische Marker3 kann.

Rekapillarisierungszeit Test (CR-Test) kann einen früheren Hinweis auf beginnende Kreislaufkollaps anbieten, wie das Nachfüllen Zeitrechnung geglaubt wird, um vor der Vitalfunktionen sowie klinische Erscheinungsbild von kalt, Klamm und fleckige Haut1,4 ändern , 5. die Rekapillarisierungszeit Prüfung erfolgt in der Regel durch Anwendung und lassen Sie dann von einem festen blanchieren Druck auf die Haut mit Anzeigedauer (in Sekunden) von der Rückkehr des Bluts zum Bereich blanchiert. Nach den Richtlinien sollte innerhalb von 2 Sekunden nach Veröffentlichung von 5 Sekunden von festem Druck (z.B.durch den Arzt Finger) in die normale gesunde Rückenlage Patienten6Refill auftreten. Die Gründe für den Test ist, dass ein langsamer Nachfüllen Zeitrechnung schlechte Hautdurchblutung, möglich von einem der eine Reihe von kritischen Ereignissen wie Sepsis, Blutverlust, akute Herzinsuffizienz oder Unterkühlung verursacht hinweisen.

Derzeit gibt es keinen Konsens über ein State-Of-The-Art-Verfahren zur Durchführung der CR Test6,7,8,9,10. Streitpunkte sind fehlende Standardisierung der tatsächlichen erbleichen Manöver und die Abhängigkeit von subjektiven (d.h. mit bloßem Auge) Bewertungen von Refill Endpunkt7,9,11. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass Geschlecht CR Zeit12,13 beeinflusst. Die Temperatur, ambient und Haut, ist bekannt, die Rekapillarisierungszeit Zeit beeinflussen, aber inwieweit ist nicht klar. Schließlich ist die Verwendung von verschiedenen Messstellen, peripheren oder zentralen, wahrscheinlich eine weitere Ursache der Variabilität der Ergebnisse mit nur wenige Studien in diesem Bereich14,15.

In der vorliegenden Arbeit werden wir eine optische Bioengineering-System den Verlauf der Rückkehr des Blutes und die anschließende Schleimhauthyperämie Antwort gesehen während des CR-Tests aufgezeichnet. Das System nutzt diffuse Polarisation Spektroskopie zu quantifizieren und zu beschreiben, genauer als mit dem bloßen Auge, der Zeit und natürlich der Rekapillarisierungszeit. Das System besteht aus einer standard-Digitalkamera, ausgestattet mit einem externen Leuchtring mit 92 weiße LEDs und eine eigens entwickelte Software. Das Objektiv und die zwei Polarisationsfilter, orthogonal vor die LEDs angeschlossen blockieren Licht, das direkt von der Hautoberfläche, so dass nur Licht, das in das Gewebe um die Kamera zu erreichen depolarisiert werden hat eingeflossen ist. Dies erzeugt ein "Sub-epidermalen" Image des Gewebes bis zu einer Tiefe von ca. 0,5 mm. Das Bild gliedert sich in die Farbflächen und die rote und grüne Inhalte für jedes Pixel errechnet, erzeugen einen Wert, der die Gewebe-Konzentration der roten Blutkörperchen16entspricht. Im video-Modus, ist die zeitliche Auflösung des Systems 0,02 s.

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Protocol

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Die hier beschriebenen Studie der lokalen Ethik-Richtlinien befolgt und wurde von der regionalen ethische Review Board in Linköping (Genehmigung Nr. 2015/99-31) genehmigt.

1. Einwilligung und Screening

  1. Das Thema Einwilligung einholen.
  2. Bildschirm nach Kriterien der Inklusion/Exklusion.
    Hinweis: Einschlusskriterien waren: (i) gesunden Erwachsenen > 18 Jahre alt, (Ii) in der Lage zu verstehen, schriftlichen und mündlichen Informationen und (Iii) bietet mündlichen und schriftlichen Einwilligung. Ausschlusskriterien waren: (i) nicht in der Lage oder nicht Willens, bieten informierte Zustimmung, (Ii) laufende Hauterkrankungen, (Iii) Herz-und Kreislauferkrankungen, (iv) Medikamente, die Gefäßfunktion beeinträchtigen kann. Orale Kontrazeptiva sind erlaubt. Wenn das Thema orale Kontrazeptiva verwendet sollte darauf hingewiesen auf das Thema Protokolldatei, (V) Narbe frei und nicht gequetscht Haut der Stirn, (vi) keine Einnahme von Koffein oder Tabak 2 h vor Beginn der Prüfung und (Vii) keine anstrengenden körperlichen Aktivität mindestens 2 h Pr IOR zu Beginn des Tests.

(2) Akklimatisierung und Geräte-Setup

  1. Lassen Sie die Testperson für mindestens 20 min in Rückenlage vor Beginn des Tests zu akklimatisieren.
    Hinweis: Korrekte Positionierung des Motivs und Ausrüstung ist in ergänzenden Abbildung 1 gezeigt.
  2. Richten Sie die Kamera-Aufnahme der Rekapillarisierungszeit Tests unter Verwendung der dafür vorgesehenen Software und Digitalkamera (siehe Tabelle der Materialien).
    1. Schließen Sie das USB-Kabel an die Kamera und den Computer und Einstellungen Sie der Kamera auf video-Modus.
    2. Schalten Sie die Kamera und stellen Sie sicher, dass es an den Computer anschließt.
    3. Die ferngesteuerte Kamerasoftware starten (siehe Tabelle der Materialien).
    4. Schalten Sie Umgebungslicht und den Computer-Bildschirm weg von den Messbereich.

3. Datenerfassung

  1. Klicken Sie auf die "Lebens-Ansicht" (Sic) gedrückt und drücken Sie "Start".
  2. Schalter zwischen "video" und "TiVi" Modus durch Anklicken des Radio-Buttons (Dies wirkt sich nicht nur die Aufnahme der on-Screen-Präsentation). Sicherstellen Sie, dass ein live-Videostream von der Stirn des Subjekts auf dem Display der Kamera und auf dem Bildschirm sichtbar ist.
  3. Stellen Sie die Kamera bis zu einer Höhe von ca. 15 cm direkt über das Thema Stirn.
  4. Stellen Sie sicher, dass der Fokus der Kamera auf "AF" (Autofokus) festgelegt ist.
  5. Fragen Sie zum Thema, seinen/ihren Kopf noch für die Dauer des Tests zu halten und im Gespräch zu unterlassen. Informieren Sie das Thema, das es OK ist, seine/ihre Augen geschlossen während des Tests mit den Worten: "Bitte legen Sie Ihren Kopf auf das Kissen und halten Sie Ihren Kopf nach wie vor für die Dauer des Tests. Bitte reden Sie nicht während der 20 Sekunden, die der Test dauert. Sie können halten Sie die Augen geschlossen für die ganze Zeit, wenn Sie, das Licht finden zu hell ".
  6. Bewegen Sie die Kamera während der Aufnahme nicht.
  7. In das Fenster "Leben" zu finden und klicken Sie auf "HD aufzeichnen" starten eine kontinuierliche Aufzeichnung für 20 S. Hinweis, der die Dauer der Aufnahme (Sekunden), auf dem Kameradisplay; gesehen werden kann die ersten 5 s der Aufnahme ist die normale Kapillarblut Konzentration der Stirn zu erwerben.
  8. Am Ende der 5 s der Grundlinie aufnehmen, gelten eine Firma blanchieren Druck auf den Messbereich 5 S. Verwendung der Zeigefinger mit einem Kunststoff Teelöffel zwischen die Finger und die Stirn für Druck-Entzerrung und Temperatur-Isolierung.
  9. Lassen Sie den Druck und zurückziehen Sie schnell des Prüfers Finger und Kunststoff Teelöffel aus dem Messbereich.
  10. Aufnahme für weitere 10 fortsetzen s, die nachfolgende Schleimhauthyperämie Antwort zu erfassen.
  11. Beenden Sie durch Klicken auf "Stop" in das Fenster "Leben" Aufzeichnung.
  12. Sobald die Aufnahme beendet, öffnet ein Fenster zum Speichern und benennen die Datei (im MOV-Format); Wählen Sie einen Ordner und einen Namen für das Video. Trennen Sie die Kamera nicht aus dem Computer, während das Video in den festgelegten Ordner auf dem Computer heruntergeladen wird.

(4) Datenanalyse

  1. Fahren Sie mit der Durchführung von Analysen und Kurve Bildkonstruktion mit einer speziellen Analysesoftware (siehe Tabelle der Materialien).
  2. Starten Sie die Analysesoftware durch Doppelklick auf das Desktop-Symbol.
  3. Sobald die Software, auf dem Hauptbildschirm gestartet wurde wählen Sie "Filmseite."
  4. Klicken Sie im Fenster "Filmseite" auf "Load Film." Warten Sie, bis die Software zum Hochladen und den Film zu analysieren. Dies kann ein paar Minuten abhängig von der Größe der Videodatei dauern.
  5. Sobald der Upload und die Analyse des Films beendet ist, klicken Sie auf "Speichern als Bilder" und warten Sie auf die Software, um das Video zu analysieren.
    Hinweis: Dies erstellt automatisch einen neuen Ordner auf dem Computer mit der Videosequenz, aufgeteilt in einzelne JPEG-Bilder.
  6. Nach Abschluss die Einteilung des Videos der einzelnen JPEG-Bilder zu finden Sie und wählen Sie "Ernte-Bilder-Seite" im Fenster "Hauptbildschirm".
  7. Klicken Sie in der "Ernte Bilder Page" auf "Erste Foto" und navigieren Sie zu dem Ordner mit JPEG-Fotos aus dem Video und wählen Sie das erste Foto analysiert werden; die Software wählt automatisch die folgenden Fotos von diesem Batch.
  8. Klicken Sie im Menü "Bearbeiten" und wählen Sie zwischen runden oder rechteckigen Marker für die Region von Interesse.
  9. Finden Sie im Fenster "Fotos auswählen" die "tatsächliche Fotobox" und geben Sie den Namen das erste Foto im Stapel, wo der Prüfer Finger aus dem Messbereich vollständig eingezogen ist. Um dieses Foto zu finden, schauen Sie durch die Ordner mit den einzelnen Fotos aus dem Video.
  10. Wählen Sie eine Region des Interesses durch Klicken und halten die linke Maustaste gedrückt und ziehen Sie einen Kreis oder ein Rechteck im Fenster Foto, das innerhalb der Grenzen des Bereichs blanchiert. Die ausgewählte Region des Interesses wird automatisch auf alle Fotos des Stapels angewendet.
  11. Klicken Sie im Menü "Datei" und wählen Sie "ROI speichern", um den Speicherort der ausgewählten Region von Interesse für die Zukunft zu retten.
  12. Klicken Sie auf "Kurve Tracker" und warten Sie, die Software zu analysieren, die Region von Interesse.
  13. Sobald die Kurve-Tracker-Fenster geöffnet wird, ist die Veränderung der roten Blutkörperchen Konzentration für die ausgewählte Region von Interesse für die Dauer des Tests als Kurve angezeigt. Die On-Screen-Präsentation durch Klicken auf die verschiedenen Radio-Buttons geändert werden kann. Dies beeinflusst nicht die raw-Daten.
  14. Klicken Sie auf "Daten exportieren" und speichern Sie das Protokoll raw-Daten zur weiteren Analyse.
  15. Navigieren Sie in der raw-Daten-Niederschrift zu der Spalte mit dem Namen "Intensität TiVi Werte bedeuten." Erzeugen Sie drei neue Spalten neben dieser Spalte für "Bild-Nummer", "total Time" und "Rekapillarisierungszeit Time" ab 1 s, 0 s und 0 s und mit einem addressierte von 1 s, 0,02 s und 0,02 s, beziehungsweise.
    Hinweis: "Kapillare Nachfüllen Zeitrechnung" korreliert mit der Zeit die anschließende Reaktion auf die Veröffentlichung der erbleichen Druck und startet bei der Mittelwert, der das erste Foto darstellt, wo die Ermittler Finger aus dem Messbereich vollständig eingezogen ist.
  16. Löschen Sie die Werte zwischen Grundlinie und Rekapillarisierungszeit Zeit, da diese nur Lärm erzeugt durch der Ermittler Zeigefinger und Kunststoff Teelöffel während das blanchieren Manöver enthalten.
  17. Berechnen Sie einen Mittelwert für die Basismessung (erste 5 s der Aufnahme).
  18. Den ersten Wert, der entspricht oder übertrifft die berechneten mittleren Ausgangswert und beachten Sie die Zeit in der Spalte "Kapillare Nachfüllen Zeit" zu finden. Diesem Zeitpunkt stellt die "Time to Baseline 1 zurück."
  19. Die höchste Intensität Mittelwert der Werte nach Druckentlastung erzeugt und beachten Sie den Zeitpunkt in der Spalte "Kapillare Refill Zeit" zu finden. Diesem Zeitpunkt stellt die "Zeit zum Gipfel."
  20. Finden Sie der zweiten Wert ist kleiner oder gleich der berechneten Mittelwert für die Basismessung und beachten Sie den Zeitpunkt in der Spalte "Kapillare Refill Zeit". Diesem Zeitpunkt stellt die "Zeit Basislinie 2 zurückzukehren."

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Representative Results

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Dreharbeiten zu den Verlauf der Kapillare Nachfüllen erzeugt Unmengen an Daten nicht möglich, mit bloßem Auge Bewertung zu erhalten. Wir empfehlen hier neue Endpunkte um die Nutzbarkeit des CR-Tests als ein Frühindikator für Verschlechterung im Kreislauf Status weiter zu verbessern. Wir nennen diese Endpunkte: "Baseline", "Null-Blut" (oder "BZ"), "Baseline 1" (oder "tRtB1"), "Time to Peak" oder "Mailen" zurück Der "Baseline"-Wert ergibt sich durch die Berechnung eines Mittelwert aller Werte, die während der 5 s-Baseline-Messung erhalten. "Blood Zero" ist der Mittelwert aus dem ersten Bild des Bereichs blanchierte gewonnen, sofort nachdem der Druck freigegeben wird. Die Definition von "tRtB1" ist die Zeit in Sekunden, nach Veröffentlichung erbleichen Druck bis der Wert des Bereichs blanchierte entspricht oder über dem "Baseline"-Wert. "Tpk" entspricht dem Zeitpunkt, an dem der höchste Wert aufgezeichnet wird. Abbildung 1 zeigt eine Auswahl der regelmäßigen Fotografien und farbcodierte Bilder aus einem Test auf der Stirn eines gesunden männlichen durchgeführt freiwillig bei Raumtemperatur. Abbildung 2 zeigt eine repräsentative Kurve aus einem Rekapillarisierungszeit Test aus den gleichen Test wie oben beschrieben. Die Messzeit im abgebildeten Test war 3 min, eine Zeit in einer klinischen Situation, aber zur Veranschaulichung, wie lange es dauert, bis der Wert wieder auf den Ausgangswert ist nicht anwendbar.

Figure 1
Abbildung 1: Kapillare Nachfüllen Reaktion in einem gesunden Freiwilligen. Eine Auswahl der regelmäßigen Fotografien (obere Reihe) und korrelierten farbcodierte Bilder (untere Zeile) aus einem Rekapillarisierungszeit Test auf der Stirn eines gesunden männlichen Freiwilligen durchgeführt. (A) zeigt die Stirn vorherige Anwendung von Druck, die blanchierten Bereich sofort nach Veröffentlichung von Druck (B) und die Schleimhauthyperämie Reaktion (C). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: detaillierte Profil der Rekapillarisierungszeit Antwort mit vorgeschlagenen Endpunkten. Das Diagramm zeigt den Verlauf der Kapillare nachfüllen, als die Veränderung der Konzentration der roten Blutkörperchen im Laufe der Zeit auf der Stirn eines gesunden männlichen Freiwilligen und den neuen vorgeschlagen Endpunkte durch Analyse der diffusen Reflexion Spektroskopie Videos generiert. Der "Baseline"-Wert ergibt sich durch die Berechnung eines Mittelwert aller Werte, die während der 5 s-Baseline-Messung erhalten. "Blood Zero" ist der Mittelwert aus dem ersten Bild des Bereichs blanchierte gewonnen, sofort nachdem der Druck freigegeben wird. Die Definition von "tRtB1" ist die Zeit in Sekunden, nach Veröffentlichung erbleichen Druck bis der Wert des Bereichs blanchierte entspricht oder über dem "Baseline"-Wert. "Tpk" entspricht dem Zeitpunkt, an dem der höchste Wert aufgezeichnet wird. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Ergänzende Abbildung1: Messaufbau und Positionierung des Subjekts. Die Abbildung zeigt eine repräsentative Setup für die Messung der CR Antwort auf der Stirn in einem ruhenden, gesunde Thema. Die Polfilter und Blei Leuchtring sind auf einer standard-Digitalkamera montiert. Die Kamera ist mit einem flexibel, 3-fach verstellbare Kopf zulassend korrekte Positionierung auf einem stabilen Stativ befestigt. Fester Druck wird angewendet, um den Messbereich für 5 s mit einem Teelöffel standard, Kunststoff. Bitte beachten Sie, dass Umgebungslicht gedimmt werden sollte, um Interferenzen mit der Messung zu vermeiden. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.

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Discussion

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Um die besten Ergebnisse mit dem System zu erhalten, muss durch Umweltfaktoren bedingten Variabilität gesteuert werden. Alle Umgebungslicht muss ausgeschaltet sein. Die Kamera muss in vertikale Ausrichtung mit den Messbereich positioniert werden. Zur Sicherstellung einer konstanten Messbereich Themen nicht bewegen oder sprechen während der Messung. Aus dem gleichen Grund ist die Kamera auf einem Stativ, um Bewegung zu vermeiden und einen konstanten Abstand zum Bereich Messung zu erhalten vorzugsweise montiert. Probanden sollten vermeiden Sie Koffein17, Tabak18und harte Übung19 für mindestens zwei Stunden vor dem Test und für 20 min vor Beginn der Messung, ruhen, da diese Faktoren bekannt sind, um die Mikrozirkulation zu beeinflussen. Probanden sollte in Rückenlage mit der Messstelle auf Herzhöhe, positionelle Umverteilung des Blutvolumens zu vermeiden. Raumtemperatur und Hauttemperatur sollte überwacht werden, wie Temperatur bekannt ist, um die Mine Zeit20,21beeinflussen.

Es gibt andere Bioengineering-Alternativen zu bloßem Auge Bewertung und die vorgestellten Technik, die verwendet werden könnten, um die CR-Test zu messen. Die meisten dieser Techniken nutzen Veränderungen des polarisierten oder unpolarisierten Lichts nach Reflexion über die Haut22,23,24 . Andere Techniken messen die Veränderung der Hautfarbe mit einer Videokamera25, das ist die klinische Situation möglicherweise am ähnlichsten. Weitere, indirekte Maßnahmen des Blutflusses können erreicht werden, indem Sie korrelieren Oberflächentemperatur auf Veränderungen in der dermalen Blut fließen26. Diese alternative Techniken sind entworfen, um einen begrenzten Bereich der Haut zu messen oder für den Einsatz sind nur in einem anatomischen Ort (z.B. Finger)23,24,25.
Mit diesem neuen System ist es möglich, wechseln Sie zwischen Video und Fotografie und eine große Fläche, zum Beispiel ein Glied oder sogar den ganzen Körper, wenn nötig, mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu erfassen. Wir argumentieren damit, dass dies eine attraktive Technik für weitere physiologische und pathophysiologische Charakterisierung der Rekapillarisierungszeit Antwort.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Kamerasystem und die Haut blanchieren Manöver beschrieben und verwendet hier Forschungszwecken dienen und sind noch nicht für den klinischen Einsatz optimiert. Um voll nutzbar als Methode zur Überwachung von kritisch kranker Patienten zu sein, muss das System miniaturisiert und vereinfacht werden. Im Idealfall sollte das Kamera-System mit einem Gerät integriert werden, liefert einen standardisierte erbleichen Druck und präsentiert eine physiologisch relevante Auslesen sofort. Obwohl wir in einem frühen Stadium der Untersuchung der grundlegenden Physiologie der CR Antwort sind, glauben wir, dass die meisten dieser Herausforderungen durch technologische Entwicklung verwaltet werden können.

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Disclosures

Keine finanzieller Unterstützung von WheelsBridge AB war der Durchführung der Studie beteiligt. Der Autor JH ist von Östergötland County Council beschäftigt aber hat eine Lizenzgebühren Vereinbarung mit WheelsBridge AB. Der senior-Autor CDA hat eine akademische Festanstellung, aber auch eingeschränkte Beteiligung in WheelsBridge AB.

Acknowledgments

Wir möchten unsere Dankbarkeit an Linköping Mitarbeiter von der schwedischen Verteidigung (FOI) und das Zentrum für Katastrophenmedizin und Traumatologie (KMC) für die freundliche Unterstützung zu verlängern.

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

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References

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Henricson, J., Toll John, R., Anderson, C. D., Björk Wilhelms, D. Diffuse Reflectance Spectroscopy: Getting the Capillary Refill Test Under One's Thumb. J. Vis. Exp. (130), e56737, doi:10.3791/56737 (2017).

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