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Neuroscience

Spettroscopia di riflettanza diffusa: Ottenere la prova di ricarica capillare sotto il pollice

doi: 10.3791/56737 Published: December 2, 2017

Summary

Questo protocollo descrive come l'uso della spettroscopia di polarizzazione diffusa può migliorare l'utilità clinica del test ricarica capillare. Suggeriamo un'analisi più dettagliata del corso del refill capillare in volontari sani utilizzando nuovi endpoint informatici e video di spettroscopia di riflettanza diffusa.

Abstract

Il test di riempimento capillare è stato introdotto nel 1947 allo scopo di valutare lo stato circolatorio in pazienti criticamente malati. Linee guida comunemente dichiarano che ricarica deve avvenire entro 2 s dopo il rilascio di 5 s di pressione costante (ad es., dal dito del medico) nel paziente Supino sano normale. Un tempo di ricarica più lento indica aspersione difficile della pelle, che può essere causato da condizioni incluse sepsi, perdita di sangue, ipoperfusione e ipotermia. Sin dalla sua introduzione, l'utilità clinica del test è stata dibattuta. I sostenitori sottolineano la sua fattibilità e semplicità e pretendiamo che può indicare cambiamenti nella condizione vascolare precedenti a cambiamenti nei segni vitali come frequenza cardiaca. Critici, invece, sottolineano che la mancanza di standardizzazione in come viene eseguita la prova e la natura altamente soggettiva della valutazione ad occhio nudo, come pure la suscettibilità del test a fattori ambientali, abbassa notevolmente il valore clinico. Lo scopo del presente lavoro è descrivere dettagliatamente il corso dell'evento di ricarica e di suggerire potenzialmente più obiettivo e valori esatti dell'endpoint per il capillare ricarica test utilizzando la spettroscopia di polarizzazione diffusa.

Introduction

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Valutazione e valutazione dei centri pazienti criticamente malati i classici segni vitali pressione sanguigna (BP), frequenza cardiaca (HR), frequenza respiratoria (RR), saturazione dell'ossigeno e corpo temperatura1. Modifiche a questi parametri appaiono relativamente tardi nel corso del deterioramento circolatorio. Per esempio, in caso di emorragia, una diminuzione in BP non accadrà fino a perdita di sangue diventa da moderata a grave2e HR aumento può anche essere un indicatore insensibile e aspecifici3.

Il riempimento capillare (prova di CR) può offrire un'indicazione precedente di incipiente collasso circolatorio, come il tempo di ricarica è creduto di cambiare prima il segni vitali come pure l'apparenza clinica della pelle fredda, sudata e screziato1,4 , 5. la prova di ricarica capillare viene in genere eseguita dall'applicazione e quindi di una scottatura costante pressione dell'aria alla pelle con il tempo (in secondi) del ritorno di sangue alla zona sbiancato. Secondo le linee guida, la ricarica deve avvenire entro 2 secondi dopo il rilascio di 5 secondi di pressione costante (ad es., dal dito del medico) in paziente Supino sano normale6. La spiegazione razionale per la prova è che un tempo di ricarica più lento indicherebbe l'aspersione difficile della pelle, possibile causato da uno di una serie di eventi critici quali sepsi, perdita di sangue, insufficienza cardiaca acuta o ipotermia.

Allo stato attuale, non ci è consenso su un metodo all'avanguardia per eseguire il test CR6,7,8,9,10. Questioni controverse includono la mancanza di standardizzazione della manovra di scottatura effettiva e la dipendenza da soggettiva (vale a dire, ad occhio nudo) valutazioni di ricarica endpoint7,9,11. Inoltre, ci sono indicazioni che il genere influenza CR tempo12,13. La temperatura, ambiente e la pelle, è conosciuta per interessare il tempo di riempimento capillare, ma non è chiara in quale misura. Infine, l'uso di siti di misura differenti, periferici o centrali, è probabilmente un'ulteriore causa di variabilità nei risultati con pochi studi in questa zona14,15.

Nel presente lavoro, abbiamo usato un sistema ottico di bioingegneria per registrare il corso di ritorno del sangue e la successiva risposta iperemica visto durante la prova di CR. Il sistema utilizza diffusa polarizzazione spettroscopia per quantificare e descrivere, in modo più dettagliato rispetto a possibili con l'occhio nudo, il tempo e il corso del refill capillare. Il sistema comprende una fotocamera digitale standard, dotata di un anello di luce esterno con 92 LED bianchi e il software appositamente sviluppato. L'obiettivo e i filtri di due polarizzazione, fissati ortogonalmente davanti ai LED, bloccano la luce che si riflette direttamente dalla superficie della pelle, consentendo solo la luce che ha diventato depolarizzata nel tessuto per raggiungere la telecamera. Questo genera un "sub-epidermici" immagine del tessuto ad una profondità di circa 0,5 mm. L'immagine viene suddivisa in suoi piani di colore e il contenuto di verde e rosso per ogni pixel viene calcolato, generando un valore che corrisponde alla concentrazione di globuli rossi16del tessuto. In modalità video, la risoluzione temporale del sistema è 0,02 s.

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Protocol

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Lo studio descritto qui seguito le linee guida locali etica ed è stato approvato dal comitato di revisione etica regionale a Linköping (permesso numero 2015/99-31).

1. consenso informato e Screening

  1. Ottenere il consenso informato dal soggetto.
  2. Schermo in base ai criteri di inclusione/esclusione.
    Nota: Criteri di inclusione erano: (i) sano adulto > 18 anni di età, (ii) in grado di comprendere informazioni scritte e orali e (iii) fornisce il consenso orale e scritto. Criteri di esclusione erano: (i) in grado o disposti a fornire il consenso informato, le condizioni della pelle (ii) in corso, (iii) cardiovascolari, (iv) i farmaci che possono interferire con la funzione vascolare. Contraccettivi orali sono ammessi. Se il soggetto utilizza contraccettivi orali, questo dovrebbe essere non notato il file di protocollo del soggetto, (v) della cicatrice gratis e non contuso la pelle della fronte, (vi) assunzione di caffeina o di tabacco 2 h prima dell'inizio della prova e (vii) nessuna attività fisica almeno 2 h pr IOR all'inizio del test.

2. acclimatazione e installazione dell'apparecchiatura

  1. Lasciate che il soggetto prova acclimatare per almeno 20 min in posizione supina prima dell'inizio del test.
    Nota: Corretto posizionamento del soggetto e attrezzature sono mostrata in figura supplementare 1.
  2. Impostare la registrazione delle prove di ricarica capillare utilizzando il software designati e la fotocamera digitale (Vedi tabella materiali).
    1. Collegare il cavo USB alla fotocamera e il computer e regolare le impostazioni della fotocamera in modalità video.
    2. Accendere la fotocamera e assicurarsi che si connette al computer.
    3. Avviare il software di controllo remoto della fotocamera (Vedi Tabella materiali).
    4. Spegnere la luce ambiente e girare lo schermo del computer lontano dalla zona di misurazione.

3. acquisizione dati

  1. Fare clic su "Visualizza di vita" (Sic) e premere il pulsante "Start".
  2. Passare dalla modalità 'video' e 'TiVi' modalità cliccando i pulsanti di opzione (questo non pregiudica la registrazione, solo sullo schermo presentazione). Assicurarsi che un flusso video dal vivo di fronte del soggetto è visibile sul display della fotocamera e sullo schermo del computer.
  3. Regolare la telecamera a un'altezza di circa 15 cm direttamente sopra la fronte del soggetto.
  4. Assicurarsi che la messa a fuoco della fotocamera è impostata su "AF" (auto focus).
  5. Chiedere al soggetto di tenere il suo testa ancora per tutta la durata del test e ad astenersi dal parlare. Informare il soggetto che è OK per mantenere il suo occhi chiusi durante la prova dicendo: "per favore, inserire la testa su questo cuscino e tenere la testa ancora per tutta la durata del test. Per favore, non parlare durante i 20 secondi che durerà la prova. Si possono tenere gli occhi chiusi per tutto il tempo, se trovi la luce troppo brillante ".
  6. Non muovere la fotocamera durante la registrazione.
  7. Nella finestra "visualizzazione vita" trovare e fare clic su "HD record" per avviare una registrazione continua per 20 s. nota che la durata della registrazione (secondi), può essere visto sul display della fotocamera; i primi 5 s della registrazione è quello di acquisire la concentrazione normale di sangue capillare della fronte.
  8. Alla fine delle 5 s della linea di base di registrazione, applicare una ditta imbiancamento pressione all'area di misura per 5 s. uso il dito indice con un cucchiaino di plastica tra il dito e la fronte per l'isolamento di equalizzazione e temperatura di pressione.
  9. Rilasciare la pressione e ritirare rapidamente il dito dell'esaminatore e il cucchiaino di plastica dalla zona di misurazione.
  10. Continuare la registrazione per un altro 10 s per catturare la successiva risposta iperemica.
  11. Interrompere la registrazione facendo clic su "Stop" nella finestra "visualizzazione di vita".
  12. Una volta che la registrazione è stata interrotta, si aprirà una finestra per il salvataggio e la denominazione dei file (in formato. mov); scegliere una cartella e un nome per il video. Non scollegare la fotocamera dal computer mentre il video si scarica sul computer nella cartella designata.

4. analisi dei dati

  1. Procedere all'esecuzione di costruzione curva e analisi di immagini con un software di analisi dedicato (Vedi Tabella materiali).
  2. Avviare il software di analisi facendo doppio clic sull'icona del desktop.
  3. Una volta avviato il software, nella schermata principale, selezionare "Movie page."
  4. Nella finestra "Pagina filmato", fare clic su "Caricare film." Attendere che il software caricare e analizzare il film. Questo può richiedere fino a un paio di minuti a seconda delle dimensioni del file video.
  5. Una volta completato il caricamento e l'analisi del film, fare clic su "Salva come immagini" e attendere che il software analizzare il video.
    Nota: Questo creerà automaticamente una nuova cartella sul computer contenente la sequenza video divisa in immagini jpeg individuali.
  6. Una volta terminata la divisione del video in immagini jpeg individuali, trovare e selezionare "Crop immagini pagina" nella finestra della schermata principale.
  7. Nella "pagina di immagini Crop", clicca "Prima foto" e passare alla cartella che contiene le foto jpeg dal video e seleziona la prima foto da analizzare; il software selezionerà automaticamente la foto seguente del batch.
  8. Fare clic sul menu "Modifica" e scegliere tra i due segni circolari o rettangolari per la regione di interesse.
  9. Nella finestra "Seleziona foto", trovare la casella di "Foto reali" e digitare il nome la prima foto del lotto dove dito dello sperimentatore sia completamente retratto da area di misurazione. Per trovare questa foto, guardare attraverso la cartella contenente le foto individuali dal video.
  10. Selezionare una regione di interesse facendo clic e tenendo premuto il pulsante sinistro del mouse e disegnare un cerchio o un rettangolo nella finestra foto che è entro i confini della zona sbiancato. L'area di interesse selezionata viene applicato automaticamente a tutte le foto del batch.
  11. Fare clic sul menu "File" e scegliere "Salva ROI" per salvare la posizione della regione selezionata di interesse per riferimento futuro.
  12. Fare clic sul pulsante "Tracking curva" e attendere che il software analizzare la regione di interesse.
  13. Una volta che si apre la finestra del tracker di curva, il cambiamento nella concentrazione di globuli rossi per l'area selezionata di interesse per tutta la durata del test viene visualizzato come una curva. Sullo schermo presentazione può essere modificato facendo clic sui pulsanti radio differenti. Ciò non influirà i dati grezzi.
  14. Fare clic su "Esporta dati" e salvare la trascrizione di dati grezzi per ulteriori analisi.
  15. La trascrizione di dati grezzi, di passare alla colonna denominata "Significa intensità TiVi valori." Generare tre nuove colonne accanto a questa colonna per "numero di immagine", "tempo totale" e "tempo di riempimento capillare" a partire da 1 s, 0 s e 0 s e con un incremento di 1 s, 0.02 s e 0,02 s, rispettivamente.
    Nota: "Tempo di riempimento capillare" è correlato al tempo di reazione successiva al rilascio della pressione scottatura e inizia al valore medio che rappresenta la prima foto dove il dito dello sperimentatore sia completamente retratto da area di misurazione.
  16. Eliminare i valori tra il basale e il tempo di riempimento capillare, come questi solo contenga rumore generato dal dito indice e il cucchiaino di plastica dello sperimentatore durante la manovra di scottatura.
  17. Calcolare un valore medio per la misurazione della linea di base (primi 5 s della registrazione).
  18. Individuare il primo valore che è uguale o supera il valore basale medio calcolato e nota la data nella colonna "Tempo di riempimento capillare". Questo punto di tempo rappresenta il "tempo per tornare alla linea di base 1".
  19. Trovare il più alto valore di intensità dei valori generati dopo il rilascio di pressione medio e nota il punto di tempo nella colonna "Tempo di riempimento capillare". Questo punto di tempo rappresenta il "tempo di picco".
  20. Trovare il secondo valore che è minore o uguale al valore medio calcolato per la misurazione di riferimento e nota il punto di tempo nella colonna "Tempo di riempimento capillare". Questo punto di tempo rappresenta il "tempo per tornare alla linea di base 2".

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Representative Results

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Le riprese del corso del riempimento capillare genera grandi quantità di dati non è possibili ottenere mediante una valutazione ad occhio nudo. Suggeriamo qui nuovi endpoint per migliorare ulteriormente la fruibilità del test CR come un indicatore precoce di deterioramento dello stato circolatorio. Noi chiamiamo questi endpoint: "Baseline", "Sangue Zero" (o "BZ"), "tempo di tornare alla linea di base 1" (o "tRtB1"), "Time to Peak" o "Tpk." Il valore di "Baseline" è derivato calcolando un valore medio di tutti i valori ottenuti durante la misurazione di base 5 s. "Sangue Zero" è il valore medio ottenuto dalla prima immagine della zona sbollentata immediatamente dopo la pressione viene rilasciata. La definizione di "tRtB1" è il tempo, in secondi, dopo il rilascio della pressione scottatura fino a quando il valore dell'area sbiancato è uguale o superiore al valore di "baseline". "Tpk" corrisponde al tempo in cui è registrato il più alto valore. La figura 1 Mostra una selezione delle fotografie regolari e color-coded immagini da una prova effettuata sulla fronte di un maschio sano volontariato a temperatura ambiente. La figura 2 Mostra una curva rappresentativa da un test di riempimento capillare dallo stesso test, come descritto sopra. Il tempo di misura nel test raffigurato era 3 min, un tempo non applicabile in una situazione clinica, ma che illustra quanto tempo ci vuole prima che il valore è tornato al valore basale.

Figure 1
Figura 1: tempo di riempimento capillare risposta in un volontario sano. Una selezione di fotografie regolari (riga superiore) e immagini con codifica a colori correlati (riga inferiore) da un test di riempimento capillare effettuata sulla fronte di un maschio sano volontariato. (A) Mostra l'applicazione preventiva di fronte di pressione, l'area sbollentata immediatamente dopo il rilascio di pressione (B) e la risposta hyperemic (C). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: profilo della risposta riempimento capillare con endpoint suggerito dettagliato. Il grafico mostra il corso di ricarica capillare, come la variazione di concentrazione di globuli rossi nel corso del tempo, sulla fronte di un maschio sano volontariato e suggerito il nuovo endpoint generati dall'analisi del video di spettroscopia di riflettanza diffusa. Il valore di "Baseline" è derivato calcolando un valore medio di tutti i valori ottenuti durante la misurazione di base 5 s. "Sangue Zero" è il valore medio ottenuto dalla prima immagine della zona sbollentata immediatamente dopo la pressione viene rilasciata. La definizione di "tRtB1" è il tempo, in secondi, dopo il rilascio della pressione scottatura fino a quando il valore dell'area sbiancato è uguale o superiore al valore di "baseline". "Tpk" corrisponde al tempo in cui è registrato il più alto valore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementare figura 1: configurazione di misura e posizionamento del soggetto. La figura mostra un setup rappresentativo per la misurazione della risposta CR sulla fronte in un soggetto sano, riposo. I filtri di polarizzazione e anello di luce di piombo sono montati su una fotocamera digitale standard. La fotocamera è collegata a un treppiede stabile con una flessibile, 3-way testa orientabile che permette per un corretto posizionamento. Pressione costante viene applicata all'area di misura per 5 s utilizzando un cucchiaino standard, plastica. Si prega di osservare che la luce ambientale deve essere inattivi per evitare interferenze con la misurazione. Per favore clicca qui per scaricare questo file.

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Discussion

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Al fine di ottenere i migliori risultati con il sistema, deve essere controllata la variabilità causata da fattori ambientali. Tutti luce ambientale deve essere disattivata. La telecamera deve essere posizionata in allineamento verticale con l'area di misurazione. Al fine di garantire un'area di misurazione costante, soggetti non dovrebbero muoversi e non parlare durante la misurazione. Per lo stesso motivo, la telecamera è preferibilmente montata su un cavalletto per evitare movimenti e mantenere una distanza costante all'area di misura. Soggetti di prova dovrebbero evitare caffeina17, tabacco18e duro esercizio19 per almeno due ore prima della prova e riposare per 20 min prima dell'inizio della misurazione, poiché questi fattori sono noti per influenzare la microcircolazione. Soggetti di prova devono essere in posizione supina con il sito di misurazione a livello del cuore per evitare posizionale ridistribuzione del volume del sangue. Temperatura ambiente e temperatura della pelle devono essere monitorati, come temperatura è conosciuto per interessare il tempo di ricarica20,21.

Ci sono altre alternative di Bioingegneria alla valutazione ad occhio nudo e la tecnica presentata che poteva essere utilizzata per misurare la prova di CR. La maggior parte di queste tecniche utilizzano cambiamenti nella luce polarizzata o non polarizzata dopo riflessione sulla pelle22,23,24 . Altre tecniche di misurano il cambiamento di colore della pelle utilizzando una videocamera25, che è forse più simile alla situazione clinica. Indirette, maggiori misure di flusso sanguigno possono essere ottenute correlando temperatura superficiale alle variazioni di flusso sanguigno cutaneo26. Queste tecniche alternative sono progettate per misurare un'area limitata della pelle o sono per l'uso solo in un sito anatomico (ad esempio, le dita)23,24,25.
Con questo nuovo sistema, è possibile passare tra fotografia e video e catturare una vasta area, per esempio un arto o anche tutto il corpo, all'occorrenza, con alta risoluzione temporale e spaziale. Sosteniamo pertanto che questa è una tecnica interessante per ulteriore fisiologici e patofisiologici caratterizzazione della risposta riempimento capillare.

Dovrebbe essere notato che il sistema di telecamera e la pelle imbiancamento manovra descritto e qui utilizzati sono progettati per scopi di ricerca e non sono ancora ottimizzate per l'uso clinico. Per essere completamente utilizzabile come un metodo per il monitoraggio di pazienti criticamente malati, il sistema deve essere miniaturizzato e semplificato. Idealmente, il sistema di fotocamera dovrebbe essere integrato con un dispositivo che eroga una pressione di scottatura standardizzata e presenta una lettura fisiologicamente rilevante istantaneamente. Anche se siamo in una fase iniziale di studiare la fisiologia di base della risposta CR, crediamo che la maggior parte di queste sfide possono essere gestita dallo sviluppo tecnologico.

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Disclosures

Alcun sostegno finanziario da WheelsBridge AB è stato coinvolto nella conduzione dello studio. L'autore JH è impiegato dal Consiglio di contea di Östergötland, ma ha un accordo con WheelsBridge AB. L'autore senior CDA ha una posizione a tempo pieno accademico ma anche limitato coinvolgimento in WheelsBridge AB.

Acknowledgments

Vorremmo estendere la nostra gratitudine per il personale di Linköping dell'Agenzia svedese di difesa The (FOI) e del centro per la medicina delle catastrofi e Traumatologia (KMC) per il loro gentile supporto.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).More

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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