Unterstützt durch NIH Auszeichnungen RO1 HL073087, GM 077185 und 069589 GM zu CKS. Die Arbeit wird auch durch einen Zuschuss aus dem Programm Regenerative Medizin der DHLRI unterstützt. Die Autoren sind dankbar für die technische Unterstützung und klinische Eingänge aus den folgenden Personen an der Ohio State University: Dr. Sabyasachi.Biswas (Comprehensive Wound Center), Dr. Allison Spiwak (Circulation Technology Division), Joseph Agoston (Circulation Division), Thoma Schäben (Circulation Division), Joseph Ewing (Mechanical Engineering), Scott Killinger (Mechanical Engineering) und Xiaoyin Ge (Electrical Engineering).

1. Mapping Sauerstoffversorgung des Gewebes durch multispektrale bildgebende Eine umfassende Wound Center (CWC) Dual-Mode-Imaging-System, im Folgenden als die CWC-System bezeichnet wird, wurde an der Ohio State University für multispektrale Bildgebung von Hautgewebe Oxygenierung und Thermographie der vaskulären Funktion entwickelt. Die große Lücke zweite Ableitung spektroskopische Technik wurde benutzt, um die Sauerstoffversorgung des Gewebes Karten auf multispektrale Bilder zeigen 1 zu rekonstruieren. In dieser Studie, saß eines gesunden Probanden mit dem linken Unterarm ruht auf einer Arbeitsplatte. Ein Teil des Unterarms in das Blickfeld der CWC-System wurde mit Tusche (1% in Ethanol gelöst) bemalt, verschiedene Hautfarben zu imitieren. Multispektrale Bilder erworben wurden und eine Sauerstoffanreicherung Karte wurde auf Basis der breiten Spalt zweite Ableitung Spektrum rekonstruiert. Das rekonstruierte Sauerstoffversorgung Karte wurde mit, die von einem kommerziellen Hypermed OxyVu hyperspectral Gewebeoxygenierung Messsystem erworben verglichen. Gewebesauerstoffspiegel Antworten zu Gefäßverschlüssen wurden zum gleichen Thema nach einem Protokoll der post-okklusiven reaktive Hyperämie (PORH) 2 untersucht. Vor dem PORH Test, waren Gegenstand des systolischen und diastolischen Blutdruckwerte durch eine Manschette am linken Oberarm gelegt aufgezeichnet. Die PORH Protokoll bestand aus einer pre-okklusiven Grundlinie Zeitraum von zwei Minuten, eine suprasystolischem Okklusion (systolischer + 50 mm Hg) innerhalb von zwei Minuten und einer reaktiven Hyperämie Dauer von zwei Minuten. Multispectral Bilder wurden bei vier Wellenlängen (dh, 530nm, 550nm, 570nm, 590nm und) während der PORH Test am Abtastrate von 0,75 Sekunden pro Wellenlänge erworben. Deep Tissue Sauerstoffsättigung und Hautgewebe Sauerstoffspannung am selben Arm wurden gleichzeitig durch eine OxiplexTS Gewebe Spektralphotometer (ISS Inc., Urbana Champaign, IL) und TCM transkutane Sauerstoff-Monitor (Radiometer, Dänemark) bzw. aufgezeichnet. 2. Mapping Gefäßfunktion durch dynamische Thermographie Dynamische Thermographie wurde auf einem gesunden Probanden mit dem gleichen CWC-System demonstriert. Das Thema bequem lied auf einem Tisch in Rückenlage, mit dem linken Arm ruht auf einer Arbeitsplatte und den Rücken der linken Hand nach oben in Richtung der Infrarot-Kamera-Einheit der CWC-System. Ein Laser-Doppler-Sonde wurde auf der Fingerspitze der gleichen Hand zur kontinuierlichen Überwachung der Finger Hautdurchblutung platziert. Eine Manschette am linken Oberarm platziert, um verschiedene Ebenen der Okklusion zu erzeugen. Vor dem Experiment wurde die Versuchsperson gebeten, für mindestens 10 Minuten ruhen lassen, mit dem systolischen und diastolischen Druck durch die Druckmanschette aufgezeichnet. Dynamische Thermographie-Aufnahmen wurden an folgenden Manschettendruck Ebenen erfasst: keine Okklusion, 0,5 x diastolischen Blutdruck, 0,5 x (diastolischer Blutdruck + systolischer Blutdruck) und 1,5 x systolischer Blutdruck. An jedem Manschettendruck Ebene wurde eine thermische Anregung, indem ein Wasser-Beutel Raumtemperatur (25 ° C) auf der linken Hand für 30 Sekunden eingeführt. Unmittelbar nach dem Entfernen der thermischen Stimulation wurden die linke Hand Thermographie-Aufnahmen mit einer Geschwindigkeit von 2 Bildern / Sekunde erfasst und mit dem Finger die Hautdurchblutung wurde durch die Laser-Doppler-Sonde an der Abtastrate von 10 Hz aufgezeichnet. Das Zeitintervall zwischen den Tests lag bei 10 min. Die Position der linken Hand wurde im Voraus markiert, so dass die nachfolgenden Messungen wurden an der gleichen Stelle. Tissue vaskulären Funktionen auf verschiedenen Ebenen Okklusion wurden durch die Berechnung sowohl die Temperatur als Antwort und die vaskuläre Funktion Index ausgewertet. Die Gefäßfunktion Index wurde als das Verhältnis zwischen der Quadratwurzel aus der Zeit nach thermischer Stimulation und die entsprechende Temperaturänderung definiert. 3. Co-Registrierung zwischen Sauerstoffversorgung des Gewebes und Gefäßfunktion Karten Die Karte von Hautgewebe Gefäßfunktion durch dynamische Thermographie und die Karte von kutanen Sauerstoffversorgung des Gewebes durch multispektrale bildgebende Unternehmen erworben wurden durch eine moderne Bildgebung Algorithmus co-registriert. Vier treuhänderischen Marker, mit gleichzeitiger thermische und optische Kontraste, wurden auf das biologische Gewebe platziert, um Bild Co-Registrierung zu erleichtern. Derzeit das Protokoll für die Zusammenarbeit der Registrierung der optischen Abbildung (und die Sauerstoffversorgung Karte) mit dem Wärmebild (und die vaskuläre Funktion map) umfasst die folgenden wesentlichen Schritten: 1) verwandeln Sie alle Bilder in Graustufen und normalisieren die Pixelintensitätswerten zwischen 0 und 1, 2) für die optische Foto, identifizieren den Vordergrund (Haut) Region, die hohe Pixelintensitätswerten als die einer empirischen globalen Schwelle (0,8 fache der mittleren Intensität Wert des gesamten Bildes) hat, die kleine Löcher in den Vordergrund Region waren gefüllt mit dem morphologischen nahe Betrieb, 3) identifizieren die treuhänderische Marker Regionen als dunklere Bereiche in den Vordergrund, deren Intensität Werte sind unten sowohl die g<html> lobal Schwelle und die adaptive lokale Schwelle durch die mittlere Pixelwerte in der 20-vom-20 pixel Nachbarschaft definiert. Die adaptive lokale Schwelle uns erlaubt, die Beleuchtung Variation aufzunehmen; 4) Verfeinerung der treuhänderischen Marker Regionen anhand morphologischer Operationen, um Rauschen und Spikes zu entfernen; die Schwerpunkte der vier Regionen wurden als Kontrollpunkte in der optischen Foto ausgewählt, 5) wiederholen ähnliche Schritte identifizieren Marker Regionen im Wärmebild, 6) entsprechen die beiden Gruppen von Kontrollpunkten auf Nähe basieren (vorausgesetzt, dass die beiden Kameras genau positioniert waren); 7) berechnen eine affine Transformation zwischen den beiden Bildern mit dem Wärmebild als Referenz und zu transformieren das optische Bild und die Sauerstoff-Karte (die aus der gleichen Kamera als optische Bild erhalten) entsprechend; 8) schließlich generieren die überlagerten Bilder zur Visualisierung. 4. Repräsentative Ergebnisse: Die repräsentative Ergebnisse für die Sauerstoffversorgung Protokoll (dh, # 1) sind Hautgewebe Sauerstoffversorgung Karten rekonstruiert auf der Grundlage breiter Spalt zweite Ableitung Spektroskopie. Die Methode der breiten Spalt zweite Ableitung Spektroskopie effektiv reduziert die Messung Artefakte, die durch Gewebe Untergrundabsorption verursacht, so dass die Haut Sauerstoffversorgung Messung wurde weniger durch die simulierten Veränderungen der Hautfarbe betroffen. Wir zeigten eine PORH Protokoll, bei dem das Hautgewebe Sauerstoffversorgung Karte, die tiefe Sauerstoffversorgung des Gewebes, und das Hautgewebe Sauerstoffspannung gleichzeitig aufgenommen wurden. Die repräsentative Ergebnisse für die vaskuläre Funktion Protokoll (dh, # 2) sind das Hautgewebe Temperaturverteilungen, das Hautgewebe Temperaturschwankungen in Reaktion auf externe thermischer Stimulation und das Hautgewebe vaskulären Index Karten aus dynamischen Thermographie abgeleitet. Korrelationen zwischen der thermographischen Abbildung von Hautgewebe vaskulären Index und der Laser-Doppler-Messung der Haut Gewebeperfusion beobachtet. Die repräsentative Ergebnisse für die Co-Registration Protocol (dh, # 3) die Sauerstoffversorgung des Gewebes Karte, die vaskuläre Index Karte, und die Bildfusion zwischen Foto-, Sauerstoffversorgung und vaskulären Index-Bilder von Multi-Kontrast treuhänderischen Marker co-registriert. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1. CWC Dual-Mode-System-Setup für berührungslose bildgebende der Sauerstoffversorgung im Gewebe und vaskuläre Funktion. Das System wurde auf einem Rollwagen installiert. Es bestand aus einer Infrarot-Wärmebildkamera, einer CCD-Kamera, ein Flüssigkristall abstimmbaren Filter und einer Breitband-Lichtquelle. Ein Computer wurde verwendet, um die Aufgaben der Datenerfassung, Analyse und Anzeige zu synchronisieren. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. Software-Schnittstelle für die CWC-System. Die Software-Schnittstelle wurde in der LabVIEW-Umgebung programmiert. Auf der Oberseite der Schnittstelle links ist das Bedienfeld für die Hardware-Konfiguration und Kalibrierung des Systems. Auf der rechten Seite der Schnittstelle ist die Echtzeit-Anzeige der Gewebetemperatur Karte durch die Infrarot-Kamera aufgenommen. Auf der Unterseite der Schnittstelle sind Laser-Doppler-Messungen des Hautgewebes Perfusion. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig3.jpg" alt="Abbildung 3" /> Abbildung 3. Software-Schnittstelle für die CWC-System (Forts.). Dies ist ein Pop-up-Fenster, um die Sauerstoffversorgung des Gewebes Parameter zeigen. Auf der linken Seite ist die Sauerstoffversorgung des Gewebes Karte aus dem multispektrale Bilder rekonstruiert. Die rechte Seite der Schnittstelle werden die folgenden Gewebeoxygenierung Parameter von oben nach unten: (1) Hautgewebe Sauerstoffversorgung im Durchschnitt aus einer ausgewählten Region of Interest (ROI) in die Sauerstoffversorgung des Gewebes Karte, (2) tiefe Sauerstoffversorgung des Gewebes durch eine OxplexTS Gewebe Pulsoximeter überwacht , (3) Hautgewebe Sauerstoffspannung durch einen TCM transkutane Sauerstoff-Monitor überwacht. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig4.jpg" alt="Abbildung 4" /> Abbildung 4. Kutane Gewebeoxygenierung Bildgebung durch eine OxyVu Imaging-System. Das linke Bild ist ein Graustufenbild des Hautgewebes. Eine Farbschicht auf die Haut gemalt, um die Hautfarbe zu simulieren. Die Karte der kutanen Sauerstoffversorgung des Gewebes durch die OxyVu System erworben wird auf der rechten Seite angezeigt. Zwei quadratische regions of interest (ROIs) wurden innerhalb und außerhalb der Tinte lackierten Fläche bzw. ausgewählt. Für den ROI innerhalb der Tinte lackierten Fläche, wurde die gemittelte Hautgewebe Sauerstoffversorgung 62,8 ± 11,0%. Für den ROI außerhalb der Tinte lackierten Fläche, wurde die gemittelte Hautgewebe Sauerstoffversorgung 44,0 ± 11,0%. Ein Unterschied von 18,8% wurde für die kutane Gewebeoxygenierung Messungen innerhalb und außerhalb der Tinte bemalte Hautstelle beobachtet. <html> gure 5 &quot;/&gt; Abbildung 5. Kutane Gewebeoxygenierung Abbildung durch die CWC-System. Die multispektrale Bilder wurden von der CWC-System an der gleichen Stelle auf der Haut über das gleiche Thema wie in Abbildung 4 erfasst. Die linke Figur ist die einzige Wellenlänge Bild des Hautgewebes und die rechte Figur ist die rekonstruierte Haut Gewebeoxygenierung Karte. Eine Farbschicht wurde auf der Haut mit der Tinte Konzentration die gleiche wie die in Abbildung 4 gemalt. . Zwei quadratische regions of interest (ROIs) wurden innerhalb und außerhalb der Tinte lackierten Fläche bzw. ausgewählt. Für den ROI innerhalb der Tinte lackierten Fläche, wurde die gemittelte Hautgewebe Sauerstoffversorgung 60,9 ± 6,9%. Für den ROI außerhalb der Tinte lackierten Fläche, wurde die gemittelte Hautgewebe Sauerstoffversorgung 65,8 ± 5,5%. Ein Unterschied von 4,9% wurde für die kutane Gewebeoxygenierung Messungen innerhalb und außerhalb der Tinte bemalte Hautstelle beobachtet. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig6.jpg" alt="Abbildung 6" /> Abbildung 6. Die Wirkung von simulierten Veränderungen der Hautfarbe auf die Zuverlässigkeit der kutanen Gewebeoxygenierung Messungen. Statistische Analyse wurde durchgeführt, um die Bedeutung des simulierten Veränderungen der Hautfarbe zu Sauerstoffversorgung Messungen sowohl für die OxyVu und der CWC bildgebenden Systemen zu bestimmen. Für jede Imaging-System, wurden die gemittelten Hautgewebe Oxygenierungen innerhalb und außerhalb der Tinte bemalt Hautpartien nach dem Zufallsprinzip auswählen 10 Regionen von Interesse (ROI) in jedem Bereich berechnet. Unsere Nullhypothese ist, dass die Veränderung der Hautfarbe hat keinen Einfluss auf das Hautgewebe Sauerstoffversorgung Messung. Diese Hypothese wurde anhand Sauerstoffversorgung Karten in Abbildung 4 (dh die OxyVu Messungen) und Abbildung 5 (dh der CWC-Messungen) bzw.. Student-t-Tests zeigen, dass der p-Wert für die OxyVu Messungen weniger als 0,001 ist, was bedeutet, dass die Nullhypothese abgelehnt wird. Daher hat die Änderung der Hautfarbe auf die kutanen Gewebeoxygenierung Messungen in einem OxyVu Imaging-System. Im Gegensatz dazu ist der p-Wert für die CWC Messungen 0,728, was bedeutet, die Wahrscheinlichkeit, dass die Veränderung der Hautfarbe hat keinen Einfluss auf das Hautgewebe Sauerstoffversorgung Messungen in einem CWC Imaging-System. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig7.jpg" alt="Abbildung 7" /> Abbildung 7. Kutane Gewebeoxygenierung Bilder aus dem CWC-System während der Post-okklusiven reaktive Hyperämie (PORH) erhalten. Die PORH Test wurde auf den Unterarm eines gesunden Probanden nach # 1 durchgeführt. (A). Einzigen Wellenlänge Graustufenbild des Armes mit vier treuhänderischen Marker für Bild Co-Registrierung gelegt. (B) Die Baseline-kutane Gewebe-Oxygenierung Karte vor Gefäßverschluss erworben. (C) Die kutane Gewebeoxygenierung Karte nach Gefäßverschlüssen (systolischer Druck + 50 mmHg) für 2 Minuten. (D) Die kutane Gewebeoxygenierung Karte nach reaktive Hyperämie. Wesentliche Veränderungen in der Haut die Sauerstoffversorgung des Gewebes wurden zuvor beobachtet, während und nach dem Gefäßverschluss. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig8.jpg" alt="Abbildung 8" /> Abbildung 8. Gewebesauerstoffspiegel Parameter kontinuierlich während eines PORH Tests überwacht. Das Prüfprotokoll in (a) zeigt einen Zeitraum von pre-Okklusion Grundlinie, von einem suprasystolischem Okklusion Periode folgte, und am Ende mit einer reaktiven Hyperämie Zeitraum. Die Geschichte des kutanen Gewebeoxygenierung Dauer der PORH Verfahren ist in (b) aufgetragen. Es wurde von durchschnittlich einer ausgewählten Region of Interest (ROI) in der CWC kutanen Sauerstoffversorgung Karte erhalten. Wir haben auch beobachtet das tiefe Gewebe-Oxygenierung durch eine OxiplexTS Gewebe Pulsoximeter, wie dargestellt in (c). Die transkutane Sauerstoffspannung Gewebe wurde auch durch eine TCM-Gerät überwacht und aufgezeichnet in (d). Die CWC Messungen der kutanen Sauerstoffversorgung des Gewebes gut zusammen mit anderen Sauerstoff-Parameter während des PORH Verfahren. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig9.jpg" alt="Abbildung 9" /> Abbildung 9. Kutane Gewebe Reaktionen bei unterschiedlichen Gefäßverschluss Druck. Thermografie-Bilder wurden unmittelbar nach der thermischen Stimulation (dh ein Wassersack bei Raumtemperatur 25 ° C) erworben wurde, vom Motiv der linken Hand entfernt werden. Die horizontale Achse entspricht der unterschiedlichen Zeit-Spots nach der thermischen Stimulation wurde entfernt. Die vertikale Achse entspricht der folgenden 4 Stufen von Gefäßverschlüssen Druck: 0 (keine Okklusion), 0.5DBP, 0,5 (DBP + SBP), 1.5SBP, wo DBP ist der diastolische Blutdruck und SBP ist der systolische Blutdruck. Aus diesem speziellen Thema ist die DBP 69mmHg und die SBP ist 123mmHg. Die Testergebnisse zeigen, dass das Gewebe Temperatur Reaktion auf die äußere thermische Stimulation mit der Ebene der Gefäßverschluss korreliert ist. Die Erhöhung der Okklusion Druck verringert die thermische Response-Rate. fig10.jpg &quot;alt =&quot; Bild 10 &quot;/&gt; Abbildung 10. Rekonstruierte vaskulären Index Karten in verschiedenen Gefäßverschluss Druck. Vascular Funktion index (v) für jedes Pixel der Thermographie-Aufnahmen wurde durch Regression der Hautgewebe Temperaturänderung (Δ T) gegen die Quadratwurzel aus der Zeit nach der thermischen Stimulation (√ t abgeleitet ): Δ √ t + K + ε, wo ε ist der zufällige Fehler und K eine Konstante ist. Gefäßfunktion Index Karten von links nach rechts die folgenden Okklusion Bedingungen entsprechen: (a) keine Okklusion, (b) 0.5DBP, (c) 0,5 (DBP + SBP), (d) 1.5SBP. Aus diesem spezifischen Thema, ist der diastolische Blutdruck (DBP) 69mmHg und den systolischen Blutdruck (SBP) ist 123mmHg. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig11.jpg" alt="Abbildung 11" /> Abbildung 11. Die Korrelation zwischen der Gefäßfunktion Index und die Haut Gewebedurchblutung. Die Fingerspitze Gefäßfunktion Index an jedem Okklusionsdruck in # 2 wurde von durchschnittlich fünf Regions of Interest (ROI) in das Gewebe vaskulären Index Karte berechnet. Die Haut Gewebeperfusion wurde von einem Laser-Doppler-Gerät in einem der Fingerspitze gemessen. Die Fingerspitze vaskulären Index mit dem Laser-Doppler-Messung korreliert, was auf das Potential der Verwendung der dynamischen Thermographie-Verfahren für die quantitative Beurteilung von Gewebe Gefäßfunktion. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig12.jpg" alt="Abbildung 12" /> Abbildung 12. . Das Bild Co-Registrierung In der ersten Reihe zeigen wir: (a) der normierten Foto, (b) der segmentierten Vordergrund Region, und (c) der segmentierten Marker auf dem Foto Bild. In der zweiten Reihe zeigen wir: (d) der normierten Perfusion Karte, (e) der segmentierten Vordergrund Region, und (f) der segmentierten Marker in der Perfusion Karte. Die affine Transformation zwischen den beiden Gruppen von Marker-Positionen berechnet. Die co-registrierte Bilder (g und h) wurden durch Transformation der Fotobild und die Sauerstoff-Karte mit dieser erholt affine Transformation erhalten. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig13.jpg" alt="Abbildung 13" /> Abbildung 13. Die Co-Registrierung Ergebnisse. Die transformierten Foto-und Sauerstoff-Karte zusammen mit der Perfusion Karte wurden co-registriert und angezeigt als Wärme-Karte. Die Heatmap in (a) wurde mit 100% der transformierten Foto Bild in den roten Kanal, 100% der transformierten Sauerstoff Bild in den grünen Kanal und 50% der Perfusion Karte in den blauen Kanal präsentiert. Um die Gefäße besser sichtbar zu machen, stellen wir eine andere Version der Co-Registrierung Ergebnis wie in (b). Die Hitze Karte wurde von 100% der transformierten Foto Bild in den roten Kanal zusammen, 50% der transformierten Sauerstoff Bild in Grün-Kanal, und 50% der veränderten Perfusion Karte in den blauen Kanal, wo die vaskuläre Index Karte wurde umgedreht und nur die Informationen im Vordergrund Region gehalten wurde.

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Oxygen existiert in biologischem Gewebe in verschiedenen Formen wie Hämoglobin oder Myoglobin gebundenen Sauerstoff, gelöster Sauerstoff und reaktiven Sauerstoffspezies. Sauerstoff-Transport spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung Gewebe Rentabilität und das normale metabolische Prozesse 3. Akute leichte bis mäßige Hypoxie initiiert metabolische Adaptation, Gefäß-Regulierung und angiogenen Reaktion 4. Extreme Hypoxie und Anoxie wird unzureichend Angiogenese und Zelltod führen. Das Ungleichgewicht zwischen begrenzte Sauerstoffversorgung und erhöhter Sauerstoffbedarf ist einer der wichtigsten ursächlichen Faktoren für viele Erkrankungen wie chronische Wunden 5. Im Falle von ischämischen Wunden ist Sauerstoffzufuhr durch fehlende Durchblutung begrenzt und kann nicht den metabolischen Bedarf des Heilungsprozesses und Kompromisse respiratory burst-Funktion bei der Bekämpfung der Infektion ab. Gleichzeitige Prüfung von kutanen Sauerstoffversorgung des Gewebes und vaskuläre Funktion hat klinische Bedeutung bei der chronischen Wundbehandlung. Die hyperspektrale Technik Schätzungen Hautgewebe Sauerstoffversorgung durch Beleuchtung Gewebe erkennen und Gewebe Reflexion bei verschiedenen Wellenlängen 6. Ein wesentlicher Vorteil der hyperspektrale ist nicht-invasiv und berührungslose Erkennung von Gewebe funktionellen Eigenschaften. Allerdings ist die Sauerstoff-Messung Zuverlässigkeit für viele hyperspektrale Systeme von Hautfarbe und anderen Untergrundabsorption Schwankungen betroffen. Große Lücke zweite Ableitung Spektroskopie wurde bisher für die Sauerstoffversorgung des Gewebes Messung mit minimaler Wirkung von Streuung und die Pigmentierung der Haut 1 entwickelt. Wir wendeten das Prinzip der zweiten Ableitung Spektroskopie zur multispektralen Bildgebung und demonstriert die konsequente Messung der kutanen Sauerstoffversorgung des Gewebes unabhängig mit dem simulierten Veränderungen der Hautfarbe. Gewebedurchblutung war zuvor durch Messung Gewebe Temperaturleitfähigkeit 7 untersucht. Eine einzige Haube Methode wurde entwickelt, um thermische Anregung und Bild Gewebe dynamischen Reaktionen einzuführen, um das Hautgewebe thermische Trägheit Verteilung 8 schätzen. Experimente an menschlichen Unterarm Haut unterzogen arteriellen Manschette Okklusion zeigten lineare Beziehung zwischen thermischen Trägheit und Durchblutung durch ein Laser-Doppler-Imager vor und während der Blutfluss Okklusion 8 gemessen. Ein in einen Topf geworfen Biowärme-Modell wurde auch verwendet, um die Fingerspitze vaskuläre Reaktivität bei Venenverschlussplethysmographie 9 abzuschätzen. Trotz dieser Bemühungen ist die Quantifizierung der Haut die Durchblutung von Haut Temperaturmessungen, weil der Mangel an Sensibilität, die Abhängigkeit von subkutanen Fett dick, und andere Faktoren, wie Vasokonstriktion, Vasodilatation und Bewegungsartefakte 10 herausfordernde. In diesem Protokoll verwendeten wir eine Infrarot-Kamera an Gewebetemperatur Dynamik in Reaktion auf eine thermische Anregung bei Raumtemperatur zu erfassen. Die thermische Anregung wurde so gewählt, dass die Wirkung von Vasokonstriktion und Vasodilatation minimiert wurde. Weitere Modellierung und Messung Anstrengungen sind notwendig, um eine zuverlässige quantitative Korrelation zwischen der Gefäßfunktion Index und die Haut Gewebeperfusion abzugrenzen notwendig. In Nr. 3 haben wir die affine Transformation für die Co-Registrierung Aufgaben. Angesichts der Tatsache, dass die beiden Kameras mit unterschiedlichen Winkeln in den 3D-Raum positioniert sind, ist es möglicherweise genauer, eine Transformation in Bezug auf die 3D-Transformation zwischen den beiden Kameras gelten. Derzeit sind wir in die Richtung, die extrinsische Kalibrierung der Kameras beinhalten im 3D-Raum mit Epipolargeometrie erkunden.

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<td>&nbsp;</td>
<td>Sanford</td>
<td>44314</td>
<td>diluted to 1%</td>
</tr>
<tr>
<td>Hamamatsu ORCA ER deep cooling CCD camera</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Hamamatsu, Bridgewater, NJ</td>
<td>C4742-80-12AG</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Varispec SNIR liquid crystal tunable filter</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Cambridge Research Inc., Cambridge, MA</td>
<td>VIS-10-HC-20</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>ThermoVision A40 infrared camera</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>FLIR Systems Inc.,Sweden</td>
<td>A40</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Thorlabs OSL1 high intensity fiber light source</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Thorlabs</td>
<td>OSL1</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

dual-mode imaging of cutaneous tissue oxygenation and vascular function

Genaue Beurteilung der kutanen Sauerstoffversorgung des Gewebes und vaskuläre Funktion ist für eine angemessene Erkennung, Inszenierung, und die Behandlung von vielen gesundheitlichen Störungen wie chronische Wunden wichtig. Wir berichten über die Entwicklung eines Dual-Mode-Imaging-System für nicht-invasive und berührungslose bildgebende der kutanen Sauerstoffversorgung des Gewebes und Gefäßfunktion. Das bildgebende System integriert eine Infrarot-Kamera, einer CCD-Kamera, ein Flüssigkristall abstimmbaren Filter und eine hohe Intensität Faser-Lichtquelle. Ein Labview-Schnittstelle wurde für Geräte steuern, Synchronisation, Bildaufnahme, Verarbeitung und Visualisierung programmiert. Multispektrale Bilder von der CCD-Kamera aufgenommen wurden verwendet, um die Sauerstoffversorgung des Gewebes Karte zu rekonstruieren. Dynamische Thermografie-Bilder von der Infrarot-Kamera aufgenommen wurden verwendet, um die Gefäßfunktion Karte zu rekonstruieren. Kutane Gewebe mit Sauerstoff und Gefäßfunktion Bilder wurden durch treuhänderische Marker co-registriert. Die Leistungsmerkmale der Dual-Mode-Bild-System wurden am Menschen getestet.

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Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function

Ein Dual-Mode-Imaging-System wurde für die berührungslose Prüfung von Hautgewebe Oxygenierung und vaskuläre Funktion entwickelt.

Dual-Mode-Imaging von Hautgewebe Oxygenation und Gefäßfunktion

Accurate assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function is important for appropriate detection, staging, and treatment of many health ...

dual-mode-imaging-cutaneous-tissue-oxygenation-vascular

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Serie: Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function

Diagnostic Ultrasound Imaging of Mouse Diaphragm Function

Function analysis of rodent respiratory skeletal muscles, particularly the diaphragm, is commonly performed by isolating muscle strips using invasive surgical procedures. Although this is an effective method of assessing in vitro diaphragm activity, it involves non-survival surgery. The application of non-invasive ultrasound imaging as an in vivo procedure is beneficial since it not only reduces the number of animals sacrificed, but is also suitable for monitoring disease progression in live mice. Thus, our ultrasound imaging method may likely assist in the development of novel therapies that alleviate muscle injury induced by various respiratory diseases. Particularly, in clinical diagnoses of obstructive lung diseases, ultrasound imaging has the potential to be used in conjunction with other standard tests to detect the early onset of diaphragm muscle fatigue. In the current protocol, we describe how to accurately evaluate diaphragm contractility in a mouse model using a diagnostic ultrasound imaging technique.

Diagnostic ultrasound imaging has proven to be effective in diagnosing various respiratory diseases in human and animal subjects. We demonstrate a comprehensive ultrasound protocol utilized by Dr. Zuo's lab to analyze diaphragm kinetics specifically in mouse models. This is also a non-invasive research technique which can provide quantitative information on mouse respiratory muscle function.

Diagnostische Ultraschall-Bildgebung der Maus Membranfunktion

Function analysis of rodent respiratory skeletal muscles, particularly the diaphragm, is commonly performed by isolating muscle strips using invasive ...

Forschung

Medizin

Assessment of Vascular Function in Patients With Chronic Kidney Disease

Patients with chronic kidney disease (CKD) have significantly increased risk of cardiovascular disease (CVD) compared to the general population, and this is only partially explained by traditional CVD risk factors. Vascular dysfunction is an important non-traditional risk factor, characterized by vascular endothelial dysfunction (most commonly assessed as impaired endothelium-dependent dilation [EDD]) and stiffening of the large elastic arteries. While various techniques exist to assess EDD and large elastic artery stiffness, the most commonly used are brachial artery flow-mediated dilation (FMDBA) and aortic pulse-wave velocity (aPWV), respectively. Both of these noninvasive measures of vascular dysfunction are independent predictors of future cardiovascular events in patients with and without kidney disease. Patients with CKD demonstrate both impaired FMDBA, and increased aPWV. While the exact mechanisms by which vascular dysfunction develops in CKD are incompletely understood, increased oxidative stress and a subsequent reduction in nitric oxide (NO) bioavailability are important contributors. Cellular changes in oxidative stress can be assessed by collecting vascular endothelial cells from the antecubital vein and measuring protein expression of markers of oxidative stress using immunofluorescence. We provide here a discussion of these methods to measure FMDBA, aPWV, and vascular endothelial cell protein expression.

The degree of vascular dysfunction and contributing physiological mechanisms can be assessed in patients with chronic kidney disease by measuring brachial artery flow-mediated dilation, aortic pulse-wave velocity, and vascular endothelial cell protein expression.

Beurteilung der Gefäßfunktion bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung

Patients with chronic kidney disease (CKD) have significantly increased risk of cardiovascular disease (CVD) compared to the general population, and this ...

A Methodological Approach to Non-invasive Assessments of Vascular Function and Morphology

The endothelium is the innermost lining of the vasculature and is involved in the maintenance of vascular homeostasis. Damage to the endothelium may predispose the vessel to atherosclerosis and increase the risk for cardiovascular disease. Assessments of peripheral endothelial function are good indicators of early abnormalities in the vascular wall and correlate well with assessments of coronary endothelial function. The present manuscript details the important methodological steps necessary for the assessment of microvascular endothelial function using laser Doppler imaging with iontophoresis, large vessel endothelial function using flow-mediated dilatation, and carotid atherosclerosis using carotid artery ultrasound. A discussion on the methodological considerations for each of the techniques is also presented, and recommendations are made for future research.

The present article describes the methodological considerations for several non-invasive assessments of vascular function and morphology that are commonly used in medical research to assess different stages of atherosclerosis.

Einen methodischen Ansatz, um Nicht-invasive Assessments der Gefäßfunktion und Morphologie

The endothelium is the innermost lining of the vasculature and is involved in the maintenance of vascular homeostasis.  Damage to the endothelium may ...

Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension and Assessment of Right Ventricular Function in the Piglet

An original piglet model of Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension (CTEPH) associated with chronic Right Ventricular (RV) dysfunction is described. Pulmonary Hypertension (PH) was induced in 3-week-old piglets by a progressive obstruction of the pulmonary vascular bed. A ligation of the left Pulmonary Artery (PA) was performed first through a mini-thoracotomy. Second, weekly embolizations of the right lower pulmonary lobe were done under fluoroscopic guidance with n-butyl-2-cyanoacrylate during 5 weeks. Mean Pulmonary Arterial Pressure (mPAP) measured by ritght heart catheterism, increased progressively, as well as Right Atrial pressure and Pulmonary Vascular Resistances (PVR) after 5 weeks compared to sham animals. Right Ventricular (RV) structural and functional remodeling were assessed by transthoracic echocardiography (RV diameters, RV wall thickness, RV systolic function). RV elastance and RV-pulmonary coupling were assessed by Pressure-Volume Loops (PVL) analysis with conductance method. Histologic study of the lung and the right ventricle were also performed. Molecular analyses on RV fresh tissues could be performed through repeated transcutaneous endomyocardial biopsies. Pulmonary microvascular disease in obstructed and unobstructed territories was studied from lung biopsies using molecular analyses and pathology. Furthermore, the reliability and the reproducibility was associated with a range of PH severity in animals. Most aspects of the human CTEPH disease were reproduced in this model, which allows new perspectives for the understanding of the underlying mechanisms (mitochondria, inflammation) and new therapeutic approaches (targeted, cellular or gene therapies) of the overloaded right ventricle but also pulmonary microvascular disease.

Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension (CTEPH) and Right Ventricular (RV) dysfunction were induced in piglets by progressive obstruction of the pulmonary arteries. Consequences were remarkably similar to those observed in CTEPH patients. This animal model would be a very useful tool for pathophysiology and therapeutic experiments on CTEPH and RV failure.

Chronisch thromboembolischen pulmonalen Hypertonie und Beurteilung der rechtsventrikulären Funktion in der Ferkel

An original piglet model of Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension (CTEPH) associated with chronic Right Ventricular (RV) dysfunction is described. ...

Visualization of Vascular and Parenchymal Regeneration after 70% Partial Hepatectomy in Normal Mice

A modified silicone injection procedure was used for visualization of the hepatic vascular tree. This procedure consisted of in-vivo injection of the silicone compound, via a 26 G catheter, into the portal or hepatic vein. After silicone injection, organs were explanted and prepared for ex-vivo micro-CT (&#181;CT) scanning. The silicone injection procedure is technically challenging. Achieving a successful outcome requires extensive microsurgical experience from the surgeon. One of the challenges of this procedure involves determining the adequate perfusion rate for the silicone compound. The perfusion rate for the silicone compound needs to be defined based on the hemodynamic of the vascular system of interest. Inappropriate perfusion rate can lead to an incomplete perfusion, artificial dilation and rupturing of vascular trees.
The 3D reconstruction of the vascular system was based on CT scans and was achieved using preclinical software such as HepaVision. The quality of the reconstructed vascular tree was directly related to the quality of silicone perfusion. Subsequently computed vascular parameters indicative of vascular growth, such as total vascular volume, were calculated based on the vascular reconstructions. Contrasting the vascular tree with silicone allowed for subsequent histological work-up of the specimen after &#181;CT scanning. The specimen can be subjected to serial sectioning, histological analysis and whole slide scanning, and thereafter to 3D reconstruction of the vascular trees based on histological images. This is the prerequisite for the detection of molecular events and their distribution with respect to the vascular tree. This modified silicone injection procedure can also be used to visualize and reconstruct the vascular systems of other organs. This technique has the potential to be extensively applied to studies concerning vascular anatomy and growth in various animal and disease models.

Tools used for visualizing vascular regeneration require methods for contrasting the vascular trees. This film demonstrated a delicate injection technique used to achieve optimal contrasting of the vascular trees and illustrate the potential benefits resulting from a detailed analysis of the resulting specimen using &#181;CT and histological serial sections.

Visualisierung von Gefäß- und Parenchymregeneration nach 70% Teilhepatektomie in normalen Mäusen

A modified silicone injection procedure was used for visualization of the hepatic vascular tree. This procedure consisted of in-vivo injection of the ...

Calcification of Vascular Smooth Muscle Cells and Imaging of Aortic Calcification and Inflammation

Cardiovascular disease is the leading cause of morbidity and mortality in the world. Atherosclerotic plaques, consisting of lipid-laden macrophages and calcification, develop in the coronary arteries, aortic valve, aorta, and peripheral conduit arteries and are the hallmark of cardiovascular disease. In humans, imaging with computed tomography allows for the quantification of vascular calcification; the presence of vascular calcification is a strong predictor of future cardiovascular events. Development of novel therapies in cardiovascular disease relies critically on improving our understanding of the underlying molecular mechanisms of atherosclerosis. Advancing our knowledge of atherosclerotic mechanisms relies on murine and cell-based models. Here, a method for imaging aortic calcification and macrophage infiltration using two spectrally distinct near-infrared fluorescent imaging probes is detailed. Near-infrared fluorescent imaging allows for the ex vivo quantification of calcification and macrophage accumulation in the entire aorta and can be used to further our understanding of the mechanistic relationship between inflammation and calcification in atherosclerosis. Additionally, a method for isolating and culturing animal aortic vascular smooth muscle cells and a protocol for inducing calcification in cultured smooth muscle cells from either murine aortas or from human coronary arteries is described. This in vitro method of modeling vascular calcification can be used to identify and characterize the signaling pathways likely important for the development of vascular disease, in the hopes of discovering novel targets for therapy.

Vascular calcification is an important predictor of and contributor to human cardiovascular disease. This protocol describes methods for inducing calcification of cultured primary vascular smooth muscle cells and for quantifying calcification and macrophage burden in animal aortas using near-infrared fluorescence imaging.

Die Verkalkung der glatten Gefäßmuskelzellen und Imaging von Aortic Kalzifizierung und Entzündung

Cardiovascular disease is the leading cause of morbidity and mortality in the world.  Atherosclerotic plaques, consisting of lipid-laden macrophages and ...

Assessment of Human Adipose Tissue Microvascular Function Using Videomicroscopy

While obesity is closely linked to the development of metabolic and cardiovascular disease, little is known about mechanisms that govern these processes. It is hypothesized that pro-atherogenic mediators released from fat tissues particularly in association with central/visceral adiposity may promote pathogenic vascular changes locally and systemically, and the notion that cardiovascular disease may be the consequence of adipose tissue dysfunction continues to evolve. Here, we describe a unique method of videomicroscopy that involves analysis of vasodilator and vasoconstrictor responses of intact small human arterioles removed from the adipose depot of living human subjects. Videomicroscopy is used to examine functional properties of isolated microvessels in response to pharmacological or physiological stimuli using a pressured system that mimics in vivo conditions. The technique is a useful approach to gain understanding of the pathophysiology and molecular mechanisms that contribute to vascular dysfunction locally within the adipose tissue milieu. Moreover, abnormalities in the adipose tissue microvasculature have also been linked with systemic diseases. We applied this technique to examine depot-specific vascular responses in obese subjects. We assessed endothelium-dependent vasodilation to both increased flow and acetylcholine in adipose arterioles (50 - 350 &#181;m internal diameter, 2 - 3 mm in length) isolated from two different adipose depots during bariatric surgery from the same individual. We demonstrated that arterioles from visceral fat exhibit impaired endothelium-dependent vasodilation compared to vessels isolated from the subcutaneous depot. The findings suggest that the visceral microenvironment is associated with vascular endothelial dysfunction which may be relevant to clinical observation linking increased visceral adiposity to systemic disease mechanisms. The videomicroscopy technique can be used to examine vascular phenotypes from different fat depots as well as compare findings across individuals with different degrees of obesity and metabolic dysfunction. The method can also be used to examine vascular responses longitudinally in response to clinical interventions.

Videomicroscopy systems are used to examine functional properties of isolated adipose tissue arterioles in response to physiological and pharmacological stimuli. This technique can be used to examine microvascular phenotypes in different adipose tissue domains in obese humans.

Bewertung der menschlichen Fettgewebe mikrovaskuläre Funktion mit Videomicroscopy

While obesity is closely linked to the development of metabolic and cardiovascular disease, little is known about mechanisms that govern these processes. ...

Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with 'One Stop Shop' Near-infrared Spectroscopy

Exercise represents a major hemodynamic stress that demands a highly coordinated neurovascular response in order to match oxygen delivery to metabolic demand. Reactive hyperemia (in response to a brief period of tissue ischemia) is an independent predictor of cardiovascular events and provides important insight into vascular health and vasodilatory capacity. Skeletal muscle oxidative capacity is equally important in health and disease, as it determines the energy supply for myocellular processes. Here, we describe a simple, non-invasive approach using near-infrared spectroscopy to assess each of these major clinical endpoints (reactive hyperemia, neurovascular coupling, and muscle oxidative capacity) during a single clinic or laboratory visit. Unlike Doppler ultrasound, magnetic resonance images/spectroscopy, or invasive catheter-based flow measurements or muscle biopsies, our approach is less operator-dependent, low-cost, and completely non-invasive. Representative data from our lab taken together with summary data from previously published literature illustrate the utility of each of these end-points. Once this technique is mastered, application to clinical populations will provide important mechanistic insight into exercise intolerance and cardiovascular dysfunction.

Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with &#039;One Stop Shop&#039; Near-infrared Spectroscopy

Here, we describe a simple, non-invasive approach using near-infrared spectroscopy to assess reactive hyperemia, neurovascular coupling and skeletal muscle oxidative capacity in a single clinic or laboratory visit.

Skelettmuskulatur neurovaskuläre Kopplung, Oxidative Kapazität und mikrovaskuläre Funktion mit "One Stop Shop" Nah-Infrarot-Spektroskopie

Exercise represents a major hemodynamic stress that demands a highly coordinated neurovascular response in order to match oxygen delivery to metabolic ...

Veno-Venous Extracorporeal Membrane Oxygenation in a Mouse

The use of extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) has increased substantially in recent years. ECMO has become a reliable and effective therapy for acute as well as end-stage lung diseases. With the increase in clinical demand and prolonged use of ECMO, procedural optimization and prevention of multi-organ damage are of critical importance. The aim of this protocol is to present a detailed technique of veno-venous ECMO in a non-intubated, spontaneously breathing mouse. This protocol demonstrates the technical design of the ECMO and surgical steps. This murine ECMO model will facilitate the study of pathophysiology related to ECMO (e.g., inflammation,bleeding and thromboembolic events). Due to the abundance of genetically modified mice, the molecular mechanisms involved in ECMO-related complications can also be dissected.

Here we present a protocol describing the technique of veno-venous extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) in a non-intubated, spontaneously breathing mouse. This murine model of ECMO can be effectively implemented in experimental studies of acute and end-stage lung diseases.

VENO-venöse extrakorporalen Membran Sauerstoffversorgung in eine Maus

The use of extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) has increased substantially in recent years. ECMO has become a reliable and effective therapy for ...

Measurement of Tissue Oxygenation Using Near-Infrared Spectroscopy in Patients Undergoing Hemodialysis

Near-infrared spectroscopy (NIRS) has recently been applied as a tool to measure regional oxygen saturation (rSO2), a marker of tissue oxygenation, in clinical settings including cardiovascular and brain surgery, neonatal monitoring and prehospital medicine. The NIRS monitoring devices are real-time and noninvasive, and have mainly been used for evaluating cerebral oxygenation in critically ill patients during an operation or intensive care. Thus far, the use of NIRS monitoring in patients with chronic kidney disease (CKD) including hemodialysis (HD) has been limited; therefore, we investigated rSO2 values in some organs during HD. We monitored rSO2 values using a NIRS device transmitting near-infrared light at 2 wavelengths of attachment. The HD patients were placed in a supine position, with rSO2 measurement sensors attached to the foreheads, the right hypochondrium and the lower legs to evaluate rSO2 in the brain, liver and lower leg muscles, respectively. NIRS monitoring could be a new approach to clarify changes in organ oxygenation during HD or factors affecting tissue oxygenation in CKD patients. This article describes a protocol to measure tissue oxygenation represented by rSO2 as applied in HD patients.

We present a protocol to measure regional oxygen saturation (rSO2) in hemodialysis (HD) patients by using a near-infrared spectroscopy monitor. The rSO2 value is an index of tissue oxygenation. This noninvasive and real-time monitoring could be useful for confirming changes in organ oxygenation during HD.

Messung der Gewebeoxygenierung mittels Nahinfrarotspektroskopie bei Patienten, die sich einer Hämodialyse unterziehen

Near-infrared spectroscopy (NIRS) has recently been applied as a tool to measure regional oxygen saturation (rSO2), a marker of tissue oxygenation, in ...