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Neuroscience

Espectroscopia de reflectância difusa: Ficando o teste capilar sob o polegar

doi: 10.3791/56737 Published: December 2, 2017

Summary

Este protocolo descreve como o uso da espectroscopia de polarização difusa pode melhorar a utilidade clínica do teste capilar. Sugerimos uma análise mais detalhada do curso do reenchimento capilar em voluntários saudáveis, usando vídeos de espectroscopia de reflectância difusa e novos pontos de extremidade de informáticos.

Abstract

O teste capilar foi introduzido em 1947 para ajudar a estimar o status circulatório em pacientes criticamente enfermos. Diretrizes do estado comumente essa recarga deve ocorrer dentro de 2 s após liberar 5 s de pressão firme (por exemplo, pelo dedo do médico) no paciente em decúbito dorsal saudável normal. Um tempo de recarga mais lento indica perfusão pobre pele, que pode ser causada por condições incluindo sepse, perda de sangue, hipoperfusão e hipotermia. Desde a sua introdução, tem sido debatida a utilidade clínica do teste. Os defensores salientar sua viabilidade e simplicidade e afirmam que ele pode indicar alterações no status vascular mais cedo do que as alterações nos sinais vitais como o ritmo cardíaco. Os críticos, por outro lado, salientam que a falta de padronização em como o teste é executado e a natureza altamente subjetiva da avaliação a olho nu, bem como a sensibilidade do teste de fatores de ambientes, reduzem acentuadamente o valor clínico. O objetivo do presente trabalho é descrever em detalhes o curso de recarga de evento e sugerir potencialmente mais objetivos e valores de ponto de extremidade exato para o capilar reabasteça teste usando espectroscopia de polarização difusa.

Introduction

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Avaliação e triagem dos centros pacientes criticamente doentes sobre a clássica sinais vitais pressão (BP), frequência cardíaca (FC), frequência respiratória (RR), saturação de oxigênio e de temperatura do corpo1. Alterações nesses parâmetros aparecem relativamente tarde no decurso da deterioração do sistema circulatória. Por exemplo, e em hemorragia, uma diminuição na BP não ocorrerá até que perda de sangue se torna moderada a grave2, HR aumento também pode ser um marcador insensível e inespecíficos3.

O teste capilar (teste de CR) pode oferecer uma indicação anterior de incipiente colapso circulatório, como o tempo de recarga é acreditado para mudar antes os sinais vitais, bem como a aparência clínica de pele fria, úmida e manchada de1,4 , 5. o teste capilar geralmente é executado pelo aplicativo e depois, liberte de um branqueamento firme pressão para a pele com o tempo (em segundos) do retorno do sangue à área branqueado. De acordo com diretrizes, recarga deve ocorrer dentro de 2 segundos após o lançamento de 5 segundos de pressão firme (por exemplo, pelo dedo do médico) no normal saudável supina paciente6. A justificativa para o teste é que um tempo de recarga mais lento indicaria a perfusão pobre pele, possível causada por um de uma série de eventos críticos, tais como sepse, perda de sangue, insuficiência cardíaca aguda ou hipotermia.

Neste momento, não há nenhum consenso sobre um método de última geração para realizar o CR teste6,7,8,9,10. Questões controversas incluem a falta de padronização da manobra de branqueamento real e a dependência subjetiva (ou seja, olho nu) avaliações do refil de ponto de extremidade7,9,11. Além disso, existem indicações de que o gênero influencia CR tempo12,13. A temperatura, ambiente e pele, é conhecida por afetar o tempo de Reenchimento capilar, mas até que ponto não é clara. Por último, o uso de sites de medição diferente, periféricos ou centrais, é provavelmente uma causa mais de variabilidade nos resultados com poucos estudos nesta área14,15.

No presente trabalho, usamos um sistema óptico de bioengenharia para gravar o curso do retorno do sangue e a subsequente resposta hiperemiada visto durante o teste de CR. O sistema utiliza a espectroscopia de polarização difusa para quantificar e descrever, em mais detalhe do que o possível com a olho nu, o tempo e o curso do reenchimento capilar. O sistema é composto por uma câmera digital padrão, equipada com um anel de luz externo com 92 LEDs brancos e software especialmente desenvolvido. A lente e os filtros de polarização de dois, anexados ortogonalmente na frente os LEDs, bloqueiam a luz que tem sido refletida diretamente da superfície da pele, permitindo que a única luz que tem tornar-se despolarizada no tecido para alcançar a câmara. Isso gera uma imagem "subepidérmica" do tecido a uma profundidade de cerca de 0,5 mm. A imagem é dividida em seus aviões de cor e o teor de vermelho e verde para cada pixel é calculado, gerando um valor que corresponde à concentração de tecido de células vermelhas do sangue,16. No modo de vídeo, a resolução temporal do sistema é de 0,02 s.

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Protocol

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O estudo aqui descrito seguiu as diretrizes de ética local e foi aprovado pelo Comitê de revisão ética regional em Linköping (licença número 2015/99-31).

1. o consentimento informado e triagem

  1. Obter o consentimento informado do sujeito.
  2. Tela de acordo com os critérios de inclusão/exclusão.
    Nota: Os critérios de inclusão foram: (i) adultos > 18 anos de idade, (ii) capaz de compreender a informação escrita e oral e (iii) fornece o consentimento oral e escrito. Critérios de exclusão foram: (i) incapaz ou não quer fornecer o consentimento informado, doenças da pele (ii) em curso, (iii) cardiovasculares, medicação (iv), o que pode interferir na função vascular. Contraceptivos orais são permitidos. Se o assunto usa contraceptivos orais deve ser anotada no arquivo do protocolo do sujeito, (v) cicatriz livre e não-machucado da pele da testa, (vi) sem ingestão de cafeína ou tabaco 2 h antes do início do teste e (vii) sem atividade física extenuante pelo menos 2h pr IOR para o início do teste.

2. a aclimatação e instalação de equipamentos

  1. Deixe o assunto de teste aclimatar pelo menos 20 min em uma posição supina antes do início do teste.
    Nota: Correto posicionamento do sujeito e equipamento é mostrado na figura suplementar 1.
  2. Configure a gravação da câmera dos testes capilar usando o software designado e câmera digital (veja a tabela de materiais).
    1. Conecte o cabo USB para a câmera e o computador e ajustar as configurações da câmera para o modo de vídeo.
    2. Ligue a câmera e certifique-se de que ele se conecta ao computador.
    3. Inicie o software da câmera de controle remoto (veja a Tabela de materiais).
    4. Desligue a luz ambiente e virar a tela do computador longe da área de medição.

3. aquisição de dados

  1. Clique o "visão de vida" (Sic) botão e pressione "Start".
  2. Alternar entre o modo 'video' e 'TiVi' clicando nos botões de rádio (isto não afectará a gravação, apenas no ecrã apresentação). Certifique-se de que um fluxo de vídeo ao vivo da testa do sujeito é visível no visor da câmera e na tela do computador.
  3. Ajuste a câmera a uma altura de aproximadamente 15 cm acima da testa do sujeito.
  4. Certifique-se de que o foco da câmera é definido como "AF" (auto foco).
  5. Peça o assunto para manter sua cabeça ainda para a duração do teste e abster-se de falar. Informar o assunto que é Okey manter seu olhos fechados durante o teste, dizendo: "por favor, coloque a cabeça na almofada e mantenha sua cabeça ainda para a duração do teste. Por favor, não fale durante os 20 segundos que o teste vai durar. Você pode manter os olhos fechados o tempo todo, se você encontrar a luz muito brilhante ".
  6. Não mova a câmera durante a gravação.
  7. Na janela de "visão de vida" encontrar e clique em "record HD" para iniciar uma gravação contínua por 20 s. nota que a duração da gravação (segundos), pode ser visto na tela da câmera; os 5 primeiros s da gravação é adquirir a concentração normal de sangue capilar da testa.
  8. No final do 5 s da linha de base de gravação, aplicar uma empresa branqueamento de pressão para a área de medição para 5 s. Use o dedo indicador com uma colher de chá de plástico entre o dedo e a testa para isolamento de temperatura e equalização de pressão.
  9. Solte a pressão e rapidamente retirar o dedo do examinador e colher de chá de plástico da zona de medição.
  10. Continuar a gravar para outro 10 s para capturar a resposta subsequente hiperemiada.
  11. Pare de gravar clicando em "Stop" na janela de "visão de vida".
  12. Uma vez que a gravação parou, uma janela será aberta para salvar e nomear o arquivo (formato. mov); Escolha uma pasta e um nome para o vídeo. Não desconecte a câmera do computador enquanto o vídeo é o download para a pasta designada no computador.

4. análise de dados

  1. Proceder à construção de curva e análise de imagem com um software dedicado a análise de desempenho (ver Tabela de materiais).
  2. Inicie o software de análise clicando no ícone no desktop.
  3. Depois que o software foi iniciado, na tela principal, selecione "Página do filme."
  4. Na janela "Movie page", clique em "Carregar filme." Espere que o software carregar e analisar o filme. Isto pode demorar até alguns minutos dependendo do tamanho do arquivo de vídeo.
  5. Uma vez terminado o upload e análise do filme, clique em "Salvar como imagens" e esperar que o software para analisar o vídeo.
    Nota: Isto criará automaticamente uma nova pasta no computador que contém a sequência de vídeo dividida em imagens jpeg individuais.
  6. Finalizada a divisão do vídeo em imagens jpeg individuais, localize e selecione "Página de fotos de colheita" na janela do ecrã principal.
  7. Na "cultura imagens página", clique em "Primeira foto" e navegue até a pasta que contém as fotografias jpeg do vídeo e selecione a primeira foto a ser analisado; o software automaticamente irá selecionar as seguintes fotos desse lote.
  8. Clique no menu "Editar" e escolha entre marcadores circulares ou retangulares para a região de interesse.
  9. Na janela "Selecionar fotos", encontre a caixa de "Foto real" e digite o nome da primeira foto do lote onde o dedo do investigador é totalmente recolhido da área de medição. Para localizar esta foto, olhe para a pasta que contém as fotos individuais do vídeo.
  10. Selecione uma região de interesse, clicando e segurando o botão esquerdo do mouse e desenhar um círculo ou retângulo na janela de foto que está dentro das fronteiras da área branqueada. A região selecionada de interesse é aplicada automaticamente a todas as fotos do lote.
  11. Clique no menu "Arquivo" e escolha "Salvar ROI" para salvar a localização da região selecionado de interesse para referência futura.
  12. Clique no botão "Tracker de curva" e aguarde o software para analisar a região de interesse.
  13. Uma vez que abre a janela de rastreador de curva, a mudança na concentração de células vermelhas do sangue para a região selecionada de interesse para a duração do teste é exibida como uma curva. Na tela de apresentação pode ser alterada clicando nos botões de rádio diferentes. Isto não afetará os dados brutos.
  14. Clique em "Exportar dados" e salvar a transcrição de dados brutos para uma análise mais aprofundada.
  15. Na transcrição dados brutos, navegue para a coluna nomeada "Significa intensidade TiVi valores." Gerar três novas colunas ao lado dessa coluna para "número de imagem", "tempo total" e "tempo de Reenchimento capilar", começando em 1 0 s, s e 0 s e com uma incrementação de 1 s, 0,02 s e 0,02 s, respectivamente.
    Nota: "Tempo de Reenchimento capilar" se correlaciona com o tempo da reação subsequente para a liberação da pressão do branqueamento e começa com o valor médio que representa a primeira foto onde o dedo do investigador é totalmente recolhido da área de medição.
  16. Exclua os valores entre a linha de base e tempo de Reenchimento capilar, como estes apenas contenham o ruído gerado do investigador dedo indicador e colher de chá de plástico durante a manobra de branqueamento.
  17. Calcular um valor médio para a medição da linha de base (5 primeiros s da gravação).
  18. Encontre o primeiro valor que é igual ou ultrapassa o valor de base média calculada e nota o tempo na coluna "Tempo de Reenchimento capilar". Neste ponto do tempo representa o "tempo de retornar à linha de base 1".
  19. Encontre o mais elevado significa valor de intensidade dos valores gerados após a liberação de pressão e observe o ponto de tempo, na coluna "Tempo de Reenchimento capilar". Neste ponto do tempo representa a "hora de pico."
  20. O segundo valor que é menor ou igual ao valor médio calculado para a medição de referência e nota ponto de tempo na coluna "Tempo de Reenchimento capilar". Neste ponto do tempo representa o "tempo de retornar à linha de base 2".

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Representative Results

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Filmar o curso do reenchimento capilar gera grandes quantidades de dados não é possíveis obter pela avaliação do olho nu. Aqui sugerimos novos pontos de extremidade para melhorar ainda mais a usabilidade do teste CR como um indicador precoce de deterioração do estado circulatório. Chamamos estes pontos de extremidade: "Baseline", "Sangue Zero" (ou "BZ"), "hora de voltar para a linha de base 1" (ou "tRtB1"), "Hora de pico" ou "Tpk." O valor "de base" é derivado calculando um valor médio de todos os valores obtidos durante a medição de linha de base 5 s. "Sangue Zero" é o valor médio, adquirido com a primeira imagem da área de branqueados imediatamente depois que a pressão é liberada. A definição de "tRtB1" é o tempo, em segundos, após a liberação da pressão do branqueamento até o valor da área branqueado é igual ou superior ao valor de "linha de base". "Tpk" corresponde à época em que o valor mais alto é gravado. A Figura 1 mostra uma seleção de fotografias regulares e imagens codificados por cores de um teste realizada na testa de um macho saudável voluntário à temperatura ambiente. A Figura 2 mostra uma curva representativa de um teste capilar do mesmo teste, conforme descrito acima. O tempo de medição no ensaio descrito foi 3 min, uma vez não aplicável em uma situação clínica, mas ilustrando como demora antes que o valor para o valor de base.

Figure 1
Figura 1: capilar reencher a resposta em um voluntário saudável. Uma seleção de fotografias regulares (linha superior) e imagens codificadas por cores correlacionadas (linha inferior) de um teste de Reenchimento capilar realizado na testa de um macho saudável voluntário. (A) mostra a aplicação prévia de testa de pressão, a área branqueada imediatamente após a liberação da pressão (B) e a resposta hiperemiada (C). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: detalhado perfil da resposta capilar com pontos de extremidade sugeridas. O gráfico mostra o curso do reenchimento capilar, como a mudança na concentração de glóbulos vermelhos ao longo do tempo, na testa de um macho saudável voluntário e sugeriram a novos pontos de extremidade gerados pela análise de vídeos de espectroscopia de reflectância difusa. O valor "de base" é derivado calculando um valor médio de todos os valores obtidos durante a medição de linha de base 5 s. "Sangue Zero" é o valor médio, adquirido com a primeira imagem da área de branqueados imediatamente depois que a pressão é liberada. A definição de "tRtB1" é o tempo, em segundos, após a liberação da pressão do branqueamento até o valor da área branqueado é igual ou superior ao valor de "linha de base". "Tpk" corresponde à época em que o valor mais alto é gravado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Suplementar Figura 1: configuração de medição e posicionamento do sujeito. A figura mostra uma configuração representativa para a medição da resposta CR na testa em uma área de descanso, saudável. Os filtros de polarização e anel luminoso de chumbo são montados em uma câmera digital padrão. A câmera é anexada a um tripé estável com uma cabeça flexível, 3-way ajustável, permitindo o posicionamento correto. Pressão firme é aplicada à área de medição para 5 s usando uma colher de chá padrão, plástico. Por favor, observe que a luz ambiente deve ser esmaecida para evitar interferência com a medição. Clique aqui para baixar este arquivo.

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Discussion

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A fim de obter os melhores resultados com o sistema, variabilidade causada por fatores ambientais deve ser controlada. Toda a luz ambiente deve ser desligada. A câmera deve ser posicionada em alinhamento vertical com a área de medição. Para assegurar uma área de medição constante, temas não devem mover ou falar durante a medição. Pela mesma razão, a câmera é de preferência montada em um carrinho para evitar movimento e manter uma distância constante para a área de medição. Cobaias devem evitar cafeína17, tabaco18e difícil exercício19 pelo menos 2 h antes do teste e descansar por 20 min antes do início da medição, desde que estes fatores são conhecidos por afetar a microcirculação. Assuntos de teste devem ser em posição supina com o local de medição ao nível do coração para evitar posicional redistribuição do volume de sangue. Temperatura ambiente e temperatura da pele devem ser monitorados, como temperatura é conhecida por afetar o tempo de recarga20,21.

Existem outras alternativas de bioengenharia para avaliação do olho nu e a técnica apresentada que poderia ser usada para medir o teste CR. A maioria destas técnicas utiliza mudanças na luz polarizada ou unpolarized após a reflexão sobre a pele22,23,24 . Outras técnicas de medem a mudança na cor da pele, usando uma câmera de vídeo de25, que é possivelmente mais semelhante à situação clínica. Indiretas, mais medidas do fluxo de sangue podem ser atingidas através de correlacionar a temperatura da superfície para alterações no fluxo de sangue dermal26. Essas técnicas alternativas são projetadas para medir uma área limitada da pele ou são para uso apenas em um site anatômica (por exemplo, dedos)23,24,25.
Com este novo sistema, é possível alternar entre o vídeo e fotografia e capturar uma grande área, por exemplo, um membro ou até mesmo o corpo inteiro, se necessário, com alta resolução temporal e espacial. Nós consequentemente argumentam que se trata de uma técnica atraente para caracterização mais fisiológica e fisiopatológico da resposta capilar.

Deve notar-se que o sistema de câmera e a pele descascando a manobra descrita e usado aqui são projetados para fins de investigação e ainda não são otimizados para uso clínico. Para ser completamente usável como um método para monitoramento de pacientes criticamente enfermos, o sistema precisa ser miniaturizados e simplificado. Idealmente, o sistema de câmera deve ser integrado com um dispositivo que fornece uma pressão padronizada de branqueamento e apresenta uma leitura fisiologicamente relevante instantaneamente. Apesar de estarmos numa fase precoce de investigar a fisiologia básica da resposta CR, acreditamos que a maioria destes desafios pode ser gerenciada pelo desenvolvimento tecnológico.

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Disclosures

Sem apoio financeiro de WheelsBridge AB estava envolvido na condução do estudo. O autor JH é empregado pelo Conselho do Condado de Östergötland, mas tem um contrato de royalties com WheelsBridge AB. O autor sênior CDA tem uma posição acadêmica em tempo integral, mas também envolvimento limitado em WheelsBridge AB.

Acknowledgments

Gostaríamos de estender a nossa gratidão ao pessoal da Agência de defesa sueca (FOI) e o centro de Linköping para desastre medicina e Traumatologia (KMC) pelo apoio gentil.

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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