Kutanöz Doku oksijenasyon ve Damar Fonksiyon dual-mode Görüntüleme

Kutanöz doku oksijenasyonunun ve vasküler fonksiyonun doğru değerlendirilmesi, kronik yaralar da dahil olmak üzere birçok sağlık bozukluğunun uygun şekilde tespit edilmesi, evrelendirilmesi ve tedavisi için önemlidir. Burada, kutanöz doku oksijenasyonu ve doku vasküler termal reaktivitesi non-invaziv olarak görüntülenmektedir. Bu işlem, bir kızılötesi kamera, bir CCD kamera, bir sıvı kristal ayarlanabilir filtre ve yüksek yoğunluklu bir fiber ışık kaynağını entegre eden yeni bir çift modlu görüntüleme sistemi kullanılarak gerçekleştirilmektedir.

Çift modlu görüntüleme sistemi ile izlenen bir tansiyon manşeti kullanılarak, sağlıklı bir deneğin kol dokusunda oksijenasyon değişiklikleri indüklenir ve derin doku oksijenasyonu ile deri dokusunun eş zamanlı ölçümleriyle karşılaştırılır; ayrıca dış termal stimülasyona yanıt olarak doku oksijen tansiyonu ve doku sıcaklığı değişiklikleri, vasküler termal reaktivite haritasını yeniden oluşturmak amacıyla kaydedilir. Deri dokusu oksijenasyon haritası ve doku vasküler termal reaktivite haritası, gelişmiş bir ko-registrasyon algoritması aracılığıyla birleştirilir. Bu çalışmada, yara dokusu oksijen satürasyonunun invaziv olmayan yöntemlerle izlenmesi ve ekzotermik inflamasyonun incelenmesine ve post-inflamatuar anjiyojenik faz sırasında yara dokusuna akan sıcak kanın izlenmesine yardımcı olan dinamik termografik profilin takibi için geliştirilen özgün bir görüntüleme sistemini tanımlıyoruz.

Klinik bir bakış açısıyla, bu görüntüleme sistemi, görüntü kılavuzluğunda debritman kullanımı gibi akut ve kronik yara yönetimi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, doku oksijenasyonunun tekrarlanan ölçümleri yoluyla, yara tedavi müdahalelerinin yanıtını non-invaziv olarak izlemeye yardımcı olacaktır. Ohio State Üniversitesi Kapsamlı Yara Merkezi'nde geliştirilen bu çift modelli görüntüleme sistemi, yara dokusu oksijenasyonunun ve vasküler fonksiyonun eş zamanlı değerlendirmesine yönelik ilk adımdır.

Göreceğiniz üzere, sistem şu an fonksiyonel testler için hazırdır ve mühendislik tasarımının standartlaştırılmış protokolünü ve rutin klinik kullanım için valide edilmiş bir sistemi iyileştirme çalışmaları devam etmektedir. Görüntüleme donanımı ve yeniden yapılandırma algoritmalarının yanı sıra, farklı görüntüleme modaliteleri tarafından elde edilen üst üste bindirilmiş görüntülerin entegrasyonu ve görselleştirilmesi için daha hızlı bir görüntü eşleşmesi (co-registration) yöntemi geliştirdik. Yaklaşım, gelecekte yeni görüntüleme platformlarının eklenmesine imkan tanıyan modüler bir yapıdadır.

Sağlıklı bir denek ile başlayın. Deneğin sol ön kolu bir tezgah üzerinde dinlenecek şekilde oturtun. Farklı cilt renklerini taklit etmek için deneğin ön koluna bir fırça yardımıyla ince bir tabaka Çin mürekkebi sürün.

Hem mürekkep sürülmüş cildi hem de normal cildi içeren bir ilgi alanı (ROI) belirlemek için deneğin ön koluna dört adet fidüsiyer marker yerleştirin. Fidüsiyer markerlar, görüntülerin eş kaydırmasını kolaylaştıran eşzamanlı termal ve optik kontrastlara sahiptir; burada, Ohio State Üniversitesi Kapsamlı Yara Merkezi'nde geliştirilen çift modlu görüntüleme sistemi kullanılmıştır. Görüntüleme sistemi; doku oksijenasyonunun çok spektrumlu görüntülemesini gerçekleştirmek için bir kızılötesi kamera, bir CCD kamera, bir sıvı kristal ayarlanabilir filtre ve yüksek yoğunluklu bir fiber ışık kaynağından oluşmaktadır.

Tüm dış ışık kaynaklarını kapatın, ardından denekten kolunu konumlandırmasını isteyin ve görüntüleri yakalayın. Görüntüleme yazılımı, her dalga boyundaki pozlama sürelerini otomatik olarak kalibre eder. İlgi bölgesinden örnek görüntüler toplandıktan sonra, görüntüleme alanına bir beyaz tahta yerleştirin ve farklı dalga boylarında yansıma görüntüleri elde edin.

Bunlar kalibrasyon için kullanılacaktır. Referans görüntüler elde edildikten sonra, yansıma oranını hesaplayın ve geniş aralığa dayanarak her pikseldeki doku oksijenasyonunu türetin.

İkinci türev spektrumu. Karşılaştırma yapmak için, cilt rengindeki değişimin her sistemdeki oksijenasyon ölçümlerini etkileyip etkilemediğini belirlemek amacıyla ticari bir sistem kullanarak kutanöz doku oksijenasyon haritası elde edin. Mürekkep olan ve olmayan bölgelerdeki ölçümleri karşılaştırmak için bir student T-testi gerçekleştirmek üzere istatistiksel analiz yazılımı kullanın.

Ardından, deneğin sol üst koluna bir basınç manşonu yerleştirin. Deneğin sistolik ve diyastolik kan basıncını belirleyip kaydedin. Bir plex TS doku spektrofotometresinin ve bir TCM transkutan oksijen monitörünün sensörlerini aynı kola yerleştirin ve kütan doku oksijenasyon haritasını izlerken cihazları ısınmaları için 20 dakika boyunca açık tutun.

Postoklüzif reaktif hiperemi (PORH) uygulayarak kol dokusundaki oksijenasyon değişikliklerini başlatın. Görüntülemeye başlamak için başlat düğmesine tıklayın. Oklüzyon öncesi bazal seviyeyi iki dakika boyunca izleyin.

Ardından, suprasistolik bir tıkanıklık oluşturmak için kan basıncı manşonunu sistolik basıncın 50 milimetre cıva üzerine kadar şişirin. Doku parametrelerindeki değişiklikleri izlemeye devam ederek manşonu iki dakika boyunca şişik bırakın. Son olarak, reaktif hiperemi oluşturmak için basınç manşonunu hızla söndürün.

Tüm doku oksijen parametrelerini iki dakika boyunca kaydedin. Dinamik termografik görüntüleme gerçekleştirmek için sağlıklı bir deneğin rahat olduğundan emin olun.

Kişi, sol kolu bir tezgahın üzerine dayanacak şekilde oturun. Sol elin dorsum kısmını, görüntüleme sisteminin kızılötesi kamera ünitesine doğru yukarıya gelecek şekilde konumlandırın. Ardından, cilt perfüzyonunu 10 hertz örnekleme hızında sürekli olarak izlemek için sol elin parmak ucuna bir lazer doppler probu yerleştirin.

Deneklerin sol üst koluna bir tansiyon manşeti yerleştirin. Ardından deneğin sistolik ve diyastolik kan basınçlarını belirleyin ve kaydedin. Tansiyon manşetinin şişirme işlemini aşağıdaki basınç seviyelerinde kontrol ederek farklı vasküler oklüzyon seviyeleri oluşturun: oklüzyon yok, diyastolik kan basıncının 0,5 katı, diyastolik kan basıncının 0,5 katı ile sistolik kan basıncının toplamı ve sistolik kan basıncının 1,5 katı.

Ardından, iki vasküler oklüzyon seviyesinde (oklüzyon yok ve sistolik oklüzyon) termografik görüntüleme testlerini gerçekleştirin. Sol ele 30 saniye boyunca oda sıcaklığında bir su torbası yerleştirerek termal stimülasyon uygulayın. Su torbası çıkarıldıktan hemen sonra, saniyede iki kare görüntüleme hızında sürekli olarak termografik görüntüler almaya başlayın.

Yazılım kullanarak doku vasküler termal reaktivite fonksiyonunu belirleyin. Termografik görüntünün her pikselindeki fonksiyon indeksini, termal stimülasyon süresinin karekökünün ilgili doku sıcaklığı değişimine oranını alarak hesaplayın. Doku vasküler termal reaktivite haritasındaki beş ROI'nin ortalamasını alarak her bir oklüzyon basıncındaki parmak vasküler termal reaktivite değerini hesaplayın. Parmak vasküler termal reaktivite değerleri, farklı oklüzyon seviyelerindeki parmak vasküler perfüzyonunun lazer doppler ölçümleriyle karşılaştırılır.

Multispektral görüntülemeden elde edilen oksijenasyon haritası ile dinamik termografik görüntülemeden elde edilen vasküler fonksiyon haritasını korejistre etmek için; tüm görüntüleri gri tonlamaya dönüştürmek için MATLAB kullanın. Ardından, piksel yoğunluk değerlerini sıfır ile bir arasında ayarlayarak normalize edin.

Ardından, oksijenasyon haritasında veya çok spektrumlu görüntüde, piksel yoğunluk değerleri tüm görüntünün ortalama yoğunluk değerinin 0,8 katı olan ampirik küresel eşikten büyük olan ön plan veya cilt bölgesini belirleyin. Görüntüyü morfolojik işlem kullanarak daha da iyileştirin. Daha sonra, aydınlatma varyasyonuna uyum sağlamak için fidüsiyer işaretçileri belirleyin.

Bu işaretleyiciler ön planda daha koyu bölgeler olarak görünecek ve küresel ve adaptif yerel eşik değerlerinin altında yoğunluk değerlerine sahip olacaktır. Görüntüdeki gürültüyü gidermek için morfolojik işlemler kullanarak referans işaretleyici bölgelerini iyileştirin ve optik fotoğraftaki kontrol noktaları olarak bu dört bölgenin OID'lerini seçin.

Vasküler fonksiyon haritasındaki veya termografik görüntüdeki işaretleyici bölgeleri belirlemek için benzer adımları tekrarlayın. İki kontrol noktası setini yakınlığa göre eşleştirin. Bunları aynı ölçeğe normalize ettikten sonra, ilk görüntüdeki bir kontrol noktasını en yakın kontrol noktasıyla eşleştirin.

İkincisinde, iki görüntü arasında öteleme, döndürme ve ölçeklendirme bilgilerini içeren hassas bir dönüşüm hesaplayın. Bu işlemde referans olarak vasküler fonksiyon haritasını kullanın. Ardından, hesaplanan bu dönüşümü kullanarak oksijenasyon haritasını dönüştürün.

Son olarak, görselleştirme için eş kayıtlı görüntüleri üst üste bindirin. Kapsamlı yara merkezli çift modlu görüntüleme sistemi kullanılarak sağlıklı bir deneğin ön kolundan elde edilen yeniden yapılandırılmış bir deri dokusu oksijenasyon haritası burada gösterilmiştir. Boyanmış ve boyanmamış doku bölgeleri arasında anlamlı oksijenasyon farklarının gözlemlenmediğine dikkat edin.

Oksijenasyon ölçümlerini değerlendirmek için mürekkep boyalı bölgenin dışından ve içinden rastgele 10 ROI seçilmiştir. Burada gösterilen sonuçlar, kapsamlı yara merkezi sistemi ile yapılan doku oksijenasyonu ölçümlerinin cilt renginden önemli ölçüde etkilenmediğini göstermektedir. Buna karşılık, ticari bir sistem kullanılarak elde edilen doku oksijenasyonu ölçümleri cilt renginden önemli ölçüde etkilenmektedir.

Kapsamlı yara merkezi görüntüleme sistemi, PORH prosedürünün bazal oklüzyon ve hiperemi aşamaları boyunca kutanöz doku oksijenasyonundaki değişimleri sürekli olarak izleyebilmektedir. PORH prosedürü sırasında, kutanöz doku oksijenasyonundaki değişim, derin doku oksijenasyonundaki değişimlerle örtüşmektedir. Kapsamlı yara merkezi görüntüleme sistemi ayrıca kutanöz doku vasküler termal reaktivitesini görüntüleyebilmektedir.

Bu şekiller, bir basınç manşeti tarafından uygulanan farklı vasküler oklüzyon basınçlarındaki aynı deneğe ait temsili vasküler fonksiyon haritalarını göstermektedir. Deneğin parmak uçlarındaki ortalama vasküler fonksiyon indeksi, parmak uçlarının lazer doppler ölçümü ile korelasyon göstermektedir. Cilt doku perfüzyonu.

Görüntüleme sistemi tarafından elde edilen oksijenasyon haritası ve vasküler fonksiyon haritası, bir eş-kayıt algoritması ile birleştirilir. Bu şekil, temsili bir görüntü birleşimini göstermektedir. Burada, sürekli doku oksijenasyonunun ve doku vasküler termal reaktivitesinin eş zamanlı değerlendirmesi için çift model bir görüntüleme sistemine sahibiz.

Floresan görüntüleme gibi diğer platformlar da eklenebilir. Donanım ve yazılım bileşenlerinin sistem entegrasyonu temel bir taş teşkil etmektedir. Bu doğrultuda, sistemdeki görüntü eşleme algoritması, ek görüntüleme modalitelerine uyum sağlayacak şekilde kolayca adapte edilebilir ve bu da ürünü çok yönlü hale getirir.

Bu videoyu izledikten sonra, bu yeni görüntüleme yaklaşımının sunduğu potansiyeli iyi bir şekilde kavramış olmalısınız. Sistemin geliştirilmesi, Ohio State University'nin kapsamlı yara merkezindeki disiplinler arası translasyonel araştırmaların bir örneğidir. Deneylerinizde başarılar dileriz.