Wir möchten einen Vertrag (WS1763368) von Pfizer Pharmaceuticals bestätigen für die Unterstützung bei dieser Arbeit. Wir möchten auch die saudi-arabische Ministerium für Höhere Bildung (Mohe) für ihre Unterstützung danken.

1. Die Übung <ol><li> Der Muskel von Interesse für dieses Experiment war die Ellenbogenbeuger (Bizeps). </li><li> Muskelkraft war für jeden Teilnehmer gemessen werden, um der Lage sein, jede einzelne eine entsprechende Widerstand. Dies wurde durch eine Prüfung jedes einzelnen Teilnehmers für ihren Widerstand maximal (RM) bestimmt. </li><li> Für die Prüfung der RM, verwendeten wir ein DMS-Gerät mit einem Computer über eine Biopac (DA-100C) bioelektrischen Verstärker-Modul (Biopac Systems, Goleta, CA), um die Muskelkraft zu messen. Das Modul wurde auf eine MP-100 Analog-Digital-Wandler Probenahme bei einer Frequenz von 1.000 Hertz pro Sekunde verbunden, und bei einer Auflösung von 24 Bit (Abb. 10). </li><li> Die DMS-Gerät wurde zu einer Bank in einem 45 °-Winkel fixiert. Die Probanden wurden angewiesen, hinter dem Gerät sitzen und die Ellenbogen auf die gepolsterte Fläche, so dass die Anstrengung Kraft durch ihre Handgelenke ist. Das war der beste Weg, um sicherzustellen, dass das Thema keinen Willent rekrutieren jeden Muskel anderen als der Bizeps (Abb. 11). </li><li> Stärke wurde auf 3 Gelegenheiten bei jeder Kontraktion wird 3 Sekunden Dauer mit etwa 45 Sekunden trennen die Kontraktionen bestimmt. Der Durchschnitt der 3 Messungen wurde die RM. </li><li> Nach der Bestimmung des RM für den Bizeps eines jeden Teilnehmers, wurde die vorgesehene Sitzung der Übung mit 35% ihrer RM durchgeführt. </li><li> Alle Probanden unterzogen die gleiche Übung mit entsprechenden gewichteten Hanteln, die Muskelschmerzen (DOMS) zu induzieren. Dies erfolgte, indem Sie 4 Sätze mit 25 Wiederholungen Bizeps Konzentration Locken, während auf einem Stuhl sitzend durchgeführt und mit den Ellenbogen auf die Oberschenkel gestützt (Abb. 12). </li><li> Jeder Proband war ein 90 Sekunden Ruhezeit zwischen jedem Satz gegeben. Themen entweder gar den vollen Satz von 25 Wiederholungen, oder wurden angewiesen, zu stoppen, wenn sie ständig kontrollieren das Gewicht während der Übung nicht bestanden. </li></ol> 2. Infra-Red Camera Vorbereitung &amp; Setup <ol><li> Der Raum, in dem die Infrarot-Bildgebung erfolgt mit einer konstanten Temperatur auf eine externe Bias aus Unterschieden in der Raumtemperatur, die zu falschen Messwerten führen könnte thermische minimieren. Für die Zwecke dieses Experiment hatten wir einen temperierten Raum, die bei etwa 23 gehalten wurde ° C (+ / - 0,5 ° C). </li><li> Die Kamera wurde in einem Abstand von 1 Meter gesetzt, und im rechten Winkel zur Haut gemessen (Abb. 9a) *. </li><li> Nach den erforderlichen Abstand eingerichtet wurde, wurden die Probanden beraten, still zu stehen, bis das Bild aufgenommen wurde. Dies sollte nicht länger als ein paar Sekunden, aber es ist sehr kritisch, um Bewegung zu minimieren, um die Genauigkeit der aufgenommenen Bilddaten zu versichern. </li><li> Es ist vorzuziehen, dass der Raum dunkler Farbe, sondern als hellere Farben, keine Infrarot-Interferenzen zu minimieren ist. </li><li> Die Beleuchtung ist ebenfalls kritisch im Umgang mit Infrarot-Bilder, becaVerwendung Lichtquelle, die Infrarot-Wellen wie Leuchtstoffröhren oder Kunstlicht könnte falsch hohe Messwerte geben emittieren. Die beste Beleuchtung Option wäre ein Raum mit einheitlichen LED-Leuchten ausgestattet werden, wie LED-Leuchten kaum Infrarot-Interferenz (Abb. 9b) produzieren *. </li></ol> * Eine Reihe von Tests wurden in unseren Labors mit der FLIR IR-Kamera 660 (Abb. 8), wo wir im Vergleich Bilder von der Haut in verschiedenen Winkeln (0 (senkrecht), 15, 30, 45 und 60 Grad) getan, und in verschiedenen Abständen (1, 2 und 5 Meter) von der Haut, zur genauen Erfassung der Temperatur der Haut. Alle Bilder wurden kalibriert Thermoelementen verglichen und die beste Korrelation zwischen den Bildern und das Thermoelement Lesungen wurde im rechten Winkel und in einem Abstand von 1 Meter von der Haut weg (r = 0,93). Die verschiedenen Winkeln und Entfernungen verursachte einen Pixilation Verlust und einer Verringerung der gesamten Korrelation zwischen den Bildern und das Thermoelement Lesungen. 3. Bild Acquimessung <ol><li> Für den Zweck dieses Experiments war das Bild der ausgeübten Muskeln vor dem Training, und bei 24 genommen und 48 Stunden nach dem Training. </li><li> Körperwärme aus anderen Quellen als dem Ziel stören könnten das Wärmebild und liefern falsche Messwerte. Aus diesem Grund sollte niemand neben oder hinter dem anvisierten stehen. </li><li> In dieser Untersuchung wurden Bilder der beiden ausgeübt und nicht ausgeübt Arm zum Vergleich genommen. Wir ausgeübt einem der Arme, wie bereits erwähnt, und der andere Arm wurde als Kontrolle verwendet (Abb. 4 und 5). </li><li> Bild Zahlen von der IR-Kamera wurden sofort auf einem separaten Tabellenblatt erfasst, wie es sein könnte schwer zu erkennen, welches Bild an wen gehört. </li></ol> 4. Image Processing &amp; Analysen <ol><li> Die erworbenen IR-Aufnahmen wurden mit Hilfe des &quot;ThermoVision ExaminIR&quot; Software Version: 1.10.2. </li><li> Nach Auswahl des gewünschten Bildes fürr Analyse, vier Regionen von Interesse wurden auf dem aufgenommenen Bild des Armes mit Hilfe von statistischen Feldern auf die Software-Schnittstelle (Abb. 6) identifiziert. </li><li> Wenn die gewünschte Regionen in den Arm lokalisiert wurden, zeigt die Software die Mittelwerte und Standardabweichungen der Temperaturen für jeden der ausgewählten Regionen. Wir können dann entweder Kreuz vergleichen jede Region einzeln oder erhalten eine durchschnittliche Temperatur des ganzen Armes (Abb. 7). </li></ol> 5. Visual Analog Scale &amp; Blood Analysis <ol><li> Einer visuellen Analogskala (VAS) wurde verwendet, um subjektive Schmerzhaftigkeit des Armes zu beurteilen. Die Skala hatte ein 10 cm (100mm) lange Linie mit der Aufschrift &quot;keine Schmerzen&quot; an einem Ende, und &quot;extrem wund&quot; am anderen Ende. Jeder Teilnehmer wurde angewiesen, eine Markierung an der 10 cm Linie machen, um ihre Reaktion auf Schmerzen hinweisen. </li><li> Der VAS ist wurden die Probanden vor der Übung, 24 Stunden nach der Übung, und nach 48 Stunden verabreicht werden. </li><li> Periphere Blut colwählten aus den Fächern zu Myoglobin-Konzentration im Blut zu messen. </li><li> Das Blut aus den Fächern Antekubitalvene war vor der Übung ausgearbeitet hatte, war 30 Minuten nach der Übung vorbei, und nach 48 Stunden. </li><li> Das Blut wurde bei 4000 rpm für 10 min zentrifugiert, um das Serum aus den Zellen zu trennen. Die Proben wurden dann bei -80 ° C gelagert, bis die Analysen von Myoglobin wurde. </li><li> Myoglobin wurde mittels eines TOSOH &quot;AIA-360&quot; Automated Enzym-Immunoassay-Analyzer (TOSOH Corp, Tokio, Japan). Das Myoglobin Assay Kits (Myo 025297, ST AIA-PACK Myoglobin) wurden nach den Anweisungen des Herstellers verwendet. </li></ol> 6. Repräsentative Ergebnisse Die Ergebnisse der IR Wärmebilder während dieser Untersuchung getroffen werden deutlich in Abbildung 1 dargestellt. Bilder an der 3 Zeiträume (vor dem Training, 24 Stunden nach dem Training, und 48 Stunden nach dem Training) für die Ausübung Arme der 41 Testpersonen, entnommen wurden, zeigteneine deutliche Zunahme der Temperatur am Tag 2 (24 Stunden nach dem Training), wenn sie vor dem Training Temperaturen, und die Temperaturen auf 48 Stunden verglichen. Wie in Abbildung 1 dargestellt, wurde die mittlere Hauttemperatur 32,80 + / - 1,03 ° C für Tag 1 (vor dem Training) und 33,96 + / - 1,46 ° C für Tag 2 (24 Stunden nach dem Training) und 32,82 + / - 1,29 für den Tag 3 (48 Stunden nach der Übung). Dieser Unterschied in der Temperatur der Haut von Tag 1 bis Tag 2 war signifikant (ANOVA p &lt;0,01). Doch für die un-Arm ausgeübt wurden Veränderungen bei den 3 Zeiträume nicht ersichtlich. Abbildung 1 zeigt, dass die durchschnittliche Temperatur der Haut 33,08 war + / - 0,83 ° C für Tag 1 (vor dem Training), und 32,79 + / - 1,42 ° C für Tag 2 (24 Stunden nach dem Training) und 33,17 + / - 0,95 für Tag 3 (48 Stunden nach der Übung). Dieser Unterschied in der Temperatur der Haut über die 3 Tage war nicht signifikant (ANOVA p = 0,38). Die Ergebnisse der Schmerzen Lesungen aus der VAS sind in Abbildung 2 dargestellt. Wie in Fig.Abbildung 2 hatte die berichteten Schmerzen einen dramatischen Anstieg an den Tagen 2 und 3. Schmerzen Ebenen der ausgeübten Muskel von 3,6 + / erhöht - 6,1 an Tag 1, auf 36,3 + / - 22,8 an Tag 2 und 37,5 + / - 25,3 an Tag 3. Dieser Anstieg von Tag 1 war signifikant (ANOVA p &lt;0,01). Die Ergebnisse der Myoglobin Konzentration sind in Abbildung 3 dargestellt. Wie in dieser Figur zu sehen, gab es kaum Veränderungen zwischen den 2 Myoglobin-Konzentrationen am Tag 1 (pre, und 30 Minuten nach dem Training). Aber am Tag 3 war der Anstieg in Myoglobin sehr groß. Dieser Anstieg an Tag 3 war etwa 147 Nanogramm pro Milliliter (ng / ml) Blut, wenn die erste 2-Konzentrationen an Tag 1 verglichen. Myoglobin-Konzentrationen wurden 30,12 + / - 7,66 ng / mL an der Grundlinie, 31,66 + / - 11.89 ng / ml 30 Minuten nach der Übung, und 178,96 + / - 249,51 ng / mL an Tag 3. Dieser Anstieg an Tag 3 war hoch signifikant (ANOVA p &lt;0,01). Eine Korrelationsanalyse zwischen der Haut Temperaturen durchgeführterhalten aus der IR-Bilder und der VAS Schmerz Ebenen. Es wurde festgestellt, dass es eine auffällige Korrelation zwischen der VAS Werte am Tag 2, und die Haut Temperaturmessung am Tag 2. Diese Korrelation war signifikant (r = 0,312, p &lt;0,05). Allerdings gab es keine offensichtliche Korrelation zwischen der VAS Lesungen und die Hauttemperatur am Tag 3. Diese Korrelation war signifikant (r = 0,047, p = 0,77). <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig1.jpg" alt="Abbildung 1"/> Abbildung 1. Eine repräsentative graphische Darstellung der Unterschiede in der Hauttemperatur in der Ausübung Arme (Diamonds) und un-ausgeübt Arme (Squares) der 41 Probanden über die 3 Tage Zeit. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig2.jpg" alt="Abbildung 2"/> Abbildung 2. Eine repräsentative graphische Darstellung der Unterschiede in der Wahrnehmung Muskelkater mit der VAS über die 3 Tage Zeit für alle der 41 Probanden gemessen. Abbildung 3. Eine repräsentative graphische Darstellung der Unterschiede in Myoglobin-Konzentrationen für alle der 41 Probanden über die 3 Zeiträume. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig4.jpg" alt="Abbildung 4"/> Abbildung 4. A) ein typisches IR-Bild eines Subjekts ausgeübt Arm vor der Übung. B) ein IR-Bild des gleichen Themen Arm 24 Stunden nach der Übung. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig5.jpg" alt="Abbildung 5"/> Abbildung 5. A) ein typisches IR-Bild eines Subjekts un-ausgeübt Arm vor der Übung. B) ein IR-Bild des gleichen Themen Arm 24 Stunden nach der Übung. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig6.jpg" alt="Abbildung 6"/> Abbildung 6. Eine Darstellung der 4 Regionen von Interesse für die Analyse der thermal Bild des Armes. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig7.jpg" alt="Abbildung 7"/> Abbildung 7. Software-Schnittstelle für den &quot;ThermoVision ExaminIR&quot; zeigt die 4 Boxen von Zinsen auf einem IR-Bild eines ausgeübt Arm. Ebenfalls gezeigt sind die statistischen Interpretationen für jede Box. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig8.jpg" alt="Abbildung 8"/> Abbildung 8. Die IR Wärmebildkamera für diese Untersuchung (FLIR 660) verwendet. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig9.jpg" alt="Abbildung 9"/> Abbildung 9. A) Der Aufbau der IR-Kamera 1 Meter entfernt von den Fächern Arm. B) Die LED-Lichterketten im Labor, wo die Bilder aufgenommen wurden. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig10.jpg" alt="Abbildung 10"/> Abbildung 10. A) Die Biopac Module zur Messung der Muskelkraft eingesetzt. B) Die DMS-Gerät mit einem 4 feste5 ° abgewinkelt Bank und hakte die Biopac System. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig11.jpg" alt="Abbildung 11"/> Abbildung 11. Ein typisches Thema Kraftaufwand auf der DMS-Gerät. <img src="/files/ftp_upload/3551/3551fig12.jpg" alt="Abbildung 12"/> Abbildung 12. Ein Thema, durchläuft die Ausübung Protokoll zur Induktion der Muskelkater.

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Keine Interessenkonflikte erklärt.

Das primäre Ziel dieser Untersuchung war es, den Nutzen der thermischen IR-Imaging bei der Erkennung und Messung Muskelkater nach anstrengendem Training zu bewerten und unsere Ergebnisse zeigen, dass IR-Imaging könnte eine gültige Technik zum Nachweis DOMS, insbesondere innerhalb der ersten 24 Stunden der Ausübung sein. Dies ist nicht überraschend, da Pennes 18 vorgesehen ein sehr detailliertes Modell der Wärmestrom aus dem Muskel die Haut in den Gliedmaßen. Dieses Modell sagt voraus, dass die Wärme i...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Gerätes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Infra-Red Wärmebildkamera </td><td> FLIR </td><td> FLIR SC660 </td><td></td></tr><tr><td> Thermische Infrarot-Analyse-Software </td><td> ThermoVision ExaminIR </td><td> Software Version 1.10.2 </td><td></td></tr><tr><td> Bioelectric Amplifier Module </td><td> Biopac </td><td> DA100C </td><td> Die DA100C bietet variable Gain-Einstellungen und einstellbarer Spannung Referenzen. </td></tr><tr><td> Analog to Digital Converter Modul </td><td> Biopac </td><td> MP100 </td><td></td></tr><tr><td> Automatisierte Enzym-Immunoassay-Analyzer </td><td> TOSOH </td><td> AIA -360 </td><td> Dieses Gerät wurde verwendet, um die Blutproben analysieren, und erhalten die Myoglobin-Werte. </td></tr>
 </tbody>
</table>

the use of thermal infra-red imaging to detect delayed onset muscle soreness

Verzögert auftretende Muskelschmerzen (DOMS), auch als Übung induzierten Schädigung der Muskulatur (EIMD) bekannt, wird häufig bei Personen, die bereits körperlich inaktiv sind für längere Zeit, und beginnen Sie mit einem unerwarteten Anfall von Übung 1-4 erfahrene, kann aber auch auftreten bei Sportlern, die über ihre normalen Grenzen der Ausbildung 5 Übung. Die Symptome dieser schmerzhaften Phänomen verbunden sind, können von einer leichten Muskelempfindlichkeit Bereich zu schweren lähmenden Schmerzen 1,3,5. Die Intensität der Symptome und die damit verbundene Unbehagen steigt innerhalb der ersten 24 Stunden nach Beendigung der Übung, und Spitzen zwischen 24 bis 72 Stunden nach der Übung 1,3. Aus diesem Grund ist DOMS eine der am häufigsten wiederkehrenden Formen von Sportverletzungen, dass eine Person die Leistung beeinträchtigen, und können sich einschüchternd für viele 1,4. Für die letzten 3 Jahrzehnten hat sich die DOMS Phänomen eine beträchtliche Menge gewonnenInteresse bei Wissenschaftlern und Spezialisten in Sportphysiologie, Sport und Rehabilitation Felder 6. Es hat eine Vielzahl von publizierten Studien untersucht diese schmerzhafte Auftreten in Bezug auf die zugrunde liegenden Mechanismen, die Behandlung Interventionen und Präventionsstrategien 1-5,7-12 worden. Es ist jedoch offensichtlich, aus der Literatur, dass DOMS keine leichte Pathologie zu beziffern, da gibt es eine große Menge an Variabilität zwischen den Mess-Werkzeuge und Methoden verwendet, um diese Bedingung 6 quantifizieren. Es ist offensichtlich, dass keine Einigung auf eine beste Bewertung Maßnahme wurde für DOMS, was es schwierig zu überprüfen, ob eine spezifische Intervention wirklich hilft bei der Verringerung der Symptome, die mit dieser Art von Schmerzen oder nicht verbunden ist gemacht. So können DOMS als etwas zweideutig gesehen werden, da viele Studien auf der Messung Schmerzen mittels einer visuellen Analogskala (VAS) 10,13-15, die eine eher subjektiv als objektiv zu messen wird, abhängen. Obwohl NadelBiopsien des Muskels und der Blutspiegel von myofibre Proteine ​​könnten als Goldstandard auf rund 6, große Unterschiede in einigen dieser Blutproteine ​​wurden 6,16 dokumentiert, zusätzlich zu den hohen Risiken manchmal mit invasiven Techniken in Verbindung gebracht werden. Daher ist in der aktuellen Untersuchung, testeten wir ein thermisches Infrarot-(IR) bildgebendes Verfahren der Haut über dem Muskel ausgeübt, um die damit verbundenen Muskelschmerzen zu erkennen. Infrarot-Thermografie verwendet wurde, und festgestellt, dass bei der Aufdeckung von verschiedenen Arten von Krankheiten und Infektionen seit 1950 17 erfolgreiche. Aber überraschend, dass in der Nähe nichts auf DOMS und Veränderungen in der Temperatur der Haut getan. Das Hauptziel dieser Untersuchung war es, Veränderungen in DOMS mit dieser sicheren und nicht-invasive Technik zu untersuchen.

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The Use of Thermal Infra-Red Imaging to Detect Delayed Onset Muscle Soreness

Der Zweck dieser Untersuchung war zu prüfen, ob mit Hilfe einer Infrarot-Wärmebildkamera ist ein wertvolles Instrument zur Detektion und Quantifizierung der Muskelkater nach dem Sport.

Der Einsatz von Thermo Infra-Red Imaging zu verzögert auftretenden Muskelschmerzen Detect

Delayed onset muscle soreness (DOMS), also known as exercise induced muscle damage (EIMD), is commonly experienced in individuals who have been physically ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

19.1K Aufrufe.  Loma Linda University. Der Zweck dieser Untersuchung war zu prüfen, ob mit Hilfe einer Infrarot-Wärmebildkamera ist ein wertvolles Instrument zur Detektion und Quantifizierung der Muskelkater nach dem Sport.

Serie: The Use of Thermal Infra-Red Imaging to Detect Delayed Onset Muscle Soreness

Thermal Ablation for the Treatment of Abdominal Tumors

Percutaneous thermal ablation is an emerging treatment option for many tumors of the abdomen not amenable to conventional treatments. During a thermal ablation procedure, a thin applicator is guided into the target tumor under imaging guidance. Energy is then applied to the tissue until temperatures rise to cytotoxic levels (50-60 &deg;C). Various energy sources are available to heat biological tissues, including radiofrequency (RF) electrical current, microwaves, laser light and ultrasonic waves. Of these, RF and microwave ablation are most commonly used worldwide.
During RF ablation, alternating electrical current (~500 kHz) produces resistive heating around the interstitial electrode. Skin surface electrodes (ground pads) are used to complete the electrical circuit. RF ablation has been in use for nearly 20 years, with good results for local tumor control, extended survival and low complication rates1,2. Recent studies suggest RF ablation may be a first-line treatment option for small hepatocellular carcinoma and renal-cell carcinoma3-5. However, RF heating is hampered by local blood flow and high electrical impedance tissues (eg, lung, bone, desiccated or charred tissue)6,7. Microwaves may alleviate some of these problems by producing faster, volumetric heating8-10. To create larger or conformal ablations, multiple microwave antennas can be used simultaneously while RF electrodes require sequential operation, which limits their efficiency. Early experiences with microwave systems suggest efficacy and safety similar to, or better than RF devices11-13.
Alternatively, cryoablation freezes the target tissues to lethal levels (-20 to -40 &deg;C). Percutaneous cryoablation has been shown to be effective against RCC and many metastatic tumors, particularly colorectal cancer, in the liver14-16. Cryoablation may also be associated with less post-procedure pain and faster recovery for some indications17. Cryoablation is often contraindicated for primary liver cancer due to underlying coagulopathy and associated bleeding risks frequently seen in cirrhotic patients. In addition, sudden release of tumor cellular contents when the frozen tissue thaws can lead to a potentially serious condition known as cryoshock 16.
Thermal tumor ablation can be performed at open surgery, laparoscopy or using a percutaneous approach. When performed percutaneously, the ablation procedure relies on imaging for diagnosis, planning, applicator guidance, treatment monitoring and follow-up. Ultrasound is the most popular modality for guidance and treatment monitoring worldwide, but computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) are commonly used as well. Contrast-enhanced CT or MRI are typically employed for diagnosis and follow-up imaging.

A thermal tumor ablation procedure is described. The entire procedure is detailed, including pretreatment planning and imaging studies, anesthesia, adjuvant techniques to facilitate a percutaneous approach, imaging guidance of the ablation device to the tumor, thermal treatment, post-treatment care and follow-up.

Thermische Ablation zur Behandlung von Abdominaltumoren

Percutaneous thermal ablation is an emerging treatment option for many tumors of the abdomen not amenable to conventional treatments. During a thermal ...

Forschung

Medizin

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment for melanoma remains surgical excision, therefore, the key to extended survival is early detection 2,3. Considering the large numbers of patients diagnosed every year and the limitations in accessing specialized care quickly, the development of objective in vivo diagnostic instruments to aid the diagnosis is essential. New techniques to detect skin cancer, especially non-invasive diagnostic tools, are being explored in numerous laboratories. Along with the surgical methods, techniques such as digital photography, dermoscopy, multispectral imaging systems (MelaFind), laser-based systems (confocal scanning laser microscopy, laser doppler perfusion imaging, optical coherence tomography), ultrasound, magnetic resonance imaging, are being tested. Each technique offers unique advantages and disadvantages, many of which pose a compromise between effectiveness and accuracy versus ease of use and cost considerations. Details about these techniques and comparisons are available in the literature 4.
Infrared (IR) imaging was shown to be a useful method to diagnose the signs of certain diseases by measuring the local skin temperature. There is a large body of evidence showing that disease or deviation from normal functioning are accompanied by changes of the temperature of the body, which again affect the temperature of the skin 5,6. Accurate data about the temperature of the human body and skin can provide a wealth of information on the processes responsible for heat generation and thermoregulation, in particular the deviation from normal conditions, often caused by disease. However, IR imaging has not been widely recognized in medicine due to the premature use of the technology 7,8 several decades ago, when temperature measurement accuracy and the spatial resolution were inadequate and sophisticated image processing tools were unavailable. This situation changed dramatically in the late 1990s-2000s. Advances in IR instrumentation, implementation of digital image processing algorithms and dynamic IR imaging, which enables scientists to analyze not only the spatial, but also the temporal thermal behavior of the skin 9, allowed breakthroughs in the field.
In our research, we explore the feasibility of IR imaging, combined with theoretical and experimental studies, as a cost effective, non-invasive, in vivo optical measurement technique for tumor detection, with emphasis on the screening and early detection of melanoma 10-13. In this study, we show data obtained in a patient study in which patients that possess a pigmented lesion with a clinical indication for biopsy are selected for imaging. We compared the difference in thermal responses between healthy and malignant tissue and compared our data with biopsy results. We concluded that the increased metabolic activity of the melanoma lesion can be detected by dynamic infrared imaging.

We demonstrated that malignant pigmented lesions with increased metabolic activity generate quantifiable amounts of heat and the measurement of the transient thermal response of the skin to a cooling excitation allows quantitative identification of melanoma and other skin cancers (vs. non-proliferative nevi) at an early stage of the disease.

Quantitative Visualisierung und Erkennung von Hautkrebs mit Dynamic Thermal Imaging

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment ...

Use of Animal Model of Sepsis to Evaluate Novel Herbal Therapies

Sepsis refers to a systemic inflammatory response syndrome resulting from a microbial infection. It has been routinely simulated in animals by several techniques, including infusion of exogenous bacterial toxin (endotoxemia) or bacteria (bacteremia), as well as surgical perforation of the cecum by cecal ligation and puncture (CLP)1-3. CLP allows bacteria spillage and fecal contamination of the peritoneal cavity, mimicking the human clinical disease of perforated appendicitis or diverticulitis. The severity of sepsis, as reflected by the eventual mortality rates, can be controlled surgically by varying the size of the needle used for cecal puncture2. In animals, CLP induces similar, biphasic hemodynamic cardiovascular, metabolic, and immunological responses as observed during the clinical course of human sepsis3. Thus, the CLP model is considered as one of the most clinically relevant models for experimental sepsis1-3.
Various animal models have been used to elucidate the intricate mechanisms underlying the pathogenesis of experimental sepsis. The lethal consequence of sepsis is attributable partly to an excessive accumulation of early cytokines (such as TNF, IL-1 and IFN-&gamma;)4-6 and late proinflammatory mediators (e.g., HMGB1)7. Compared with early proinflammatory cytokines, late-acting mediators have a wider therapeutic window for clinical applications. For instance, delayed administration of HMGB1-neutralizing antibodies beginning 24 hours after CLP, still rescued mice from lethality8,9, establishing HMGB1 as a late mediator of lethal sepsis. The discovery of HMGB1 as a late-acting mediator has initiated a new field of investigation for the development of sepsis therapies using Traditional Chinese Herbal Medicine. In this paper, we describe a procedure of CLP-induced sepsis, and its usage in screening herbal medicine for HMGB1-targeting therapies.

Sepsis refers to a systemic inflammatory response syndrome resulting from a microbial infection, and can be simulated by a surgical technique termed cecal ligation and puncture (CLP). Here we describe a method to use CLP-induced animal model to screen medicinal herbs for therapeutic agents.

Die Verwendung Tiermodell für Sepsis zu neuartigen Therapien zu beurteilen Herbal

Sepsis refers to a systemic inflammatory response syndrome resulting from a microbial infection. It has been routinely simulated in animals by several ...

The Use of Pharmacological-challenge fMRI in Pre-clinical Research: Application to the 5-HT System

Pharmacological MRI (phMRI) is a new and promising method to study the effects of substances on brain function that can ultimately be used to unravel underlying neurobiological mechanisms behind drug action and neurotransmitter-related disorders, such as depression and ADHD. Like most of the imaging methods (PET, SPECT, CT) it represents a progress in the investigation of brain disorders and the related function of neurotransmitter pathways in a non-invasive way with respect of the overall neuronal connectivity. Moreover it also provides the ideal tool for translation to clinical investigations. MRI, while still behind in molecular imaging strategies compared to PET and SPECT, has the great advantage to have a high spatial resolution and no need for the injection of a contrast-agent or radio-labeled molecules, thereby avoiding the repetitive exposure to ionizing radiations. Functional MRI (fMRI) is extensively used in research and clinical setting, where it is generally combined with a psycho-motor task. phMRI is an adaptation of fMRI enabling the investigation of a specific neurotransmitter system, such as serotonin (5-HT), under physiological or pathological conditions following activation via administration of a specific challenging drug.
The aim of the method described here is to assess brain 5-HT function in free-breathing animals. By challenging the 5-HT system while simultaneously acquiring functional MR images over time, the response of the brain to this challenge can be visualized. Several studies in animals have already demonstrated that drug-induced increases in extracellular levels of e.g. 5-HT (releasing agents, selective re-uptake blockers, etc) evoke region-specific changes in blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signals (signal due to a change of the oxygenated/deoxygenated hemoglobin levels occurring during brain activation through an increase of the blood supply to supply the oxygen and glucose to the demanding neurons) providing an index of neurotransmitter function. It has also been shown that these effects can be reversed by treatments that decrease 5-HT availability16,13,18,7. In adult rats, BOLD signal changes following acute SSRI administration have been described in several 5-HT related brain regions, i.e. cortical areas, hippocampus, hypothalamus and thalamus9,16,15. Stimulation of the 5-HT system and its response to this challenge can be thus used as a measure of its function in both animals and humans2,11.

The goal of this technique is to assess serotonin (5-HT) neurotransmitter function in the live and free-breathing animal with pharmacological magnetic resonance imaging (phMRI) and an intravenous challenge with a selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI), fluoxetine.

Die Verwendung von pharmakologischen fMRT-Herausforderung in der präklinischen Forschung: Anwendung auf die 5-HT-System

Pharmacological MRI (phMRI) is a new and promising method to study the effects of substances on brain function that can ultimately be used to unravel ...

Molecular Imaging to Target Transplanted Muscle Progenitor Cells

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe genetic neuromuscular disorder that affects 1 in 3,500 boys, and is characterized by progressive muscle degeneration1, 2. In patients, the ability of resident muscle satellite cells (SCs) to regenerate damaged myofibers becomes increasingly inefficient4. Therefore, transplantation of muscle progenitor cells (MPCs)/myoblasts from healthy subjects is a promising therapeutic approach to DMD. A major limitation to the use of stem cell therapy, however, is a lack of reliable imaging technologies for long-term monitoring of implanted cells, and for evaluating its effectiveness. Here, we describe a non-invasive, real-time approach to evaluate the success of myoblast transplantation. This method takes advantage of a unified fusion reporter gene composed of genes (firefly luciferase [fluc], monomeric red fluorescent protein [mrfp] and sr39 thymidine kinase [sr39tk]) whose expression can be imaged with different imaging modalities9, 10. A variety of imaging modalities, including positron emission tomography (PET), single-photon emission computed tomography (SPECT), magnetic resonance imaging (MRI), optical imaging, and high frequency 3D-ultrasound are now available, each with unique advantages and limitations11. Bioluminescence imaging (BLI) studies, for example, have the advantage of being relatively low cost and high-throughput. It is for this reason that, in this study, we make use of the firefly luciferase (fluc) reporter gene sequence contained within the fusion gene and bioluminescence imaging (BLI) for the short-term localization of viable C2C12 myoblasts following implantation into a mouse model of DMD (muscular dystrophy on the X chromosome [mdx] mouse)12-14. Importantly, BLI provides us with a means to examine the kinetics of labeled MPCs post-implantation, and will be useful to track cells repeatedly over time and following migration. Our reporter gene approach further allows us to merge multiple imaging modalities in a single living subject; given the tomographic nature, fine spatial resolution and ability to scale up to larger animals and humans10,11, PET will form the basis of future work that we suggest may facilitate rapid translation of methods developed in cells to preclinical models and to clinical applications.

A non-invasive means to evaluate the success of myoblast transplantation is described. The method takes advantage of a unified fusion reporter gene composed of genes whose expression can be imaged with different imaging modalities. Here, we make use of a fluc reporter gene sequence to target cells via bioluminescence imaging.

Molecular Imaging Transplantierte Muscle Progenitor Zielzellen

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe genetic neuromuscular disorder that affects 1 in 3,500 boys, and is characterized by progressive muscle ...

High-throughput Flow Cytometry Cell-based Assay to Detect Antibodies to N-Methyl-D-aspartate Receptor or Dopamine-2 Receptor in Human Serum

Over the recent years, antibodies against surface and conformational proteins involved in neurotransmission have been detected in autoimmune CNS diseases in children and adults. These antibodies have been used to guide diagnosis and treatment. Cell-based assays have improved the detection of antibodies in patient serum. They are based on the surface expression of brain antigens on eukaryotic cells, which are then incubated with diluted patient sera followed by fluorochrome-conjugated secondary antibodies. After washing, secondary antibody binding is then analyzed by flow cytometry. Our group has developed a high-throughput flow cytometry live cell-based assay to reliably detect antibodies against specific neurotransmitter receptors. This flow cytometry method is straight forward, quantitative, efficient, and the use of a high-throughput sampler system allows for large patient cohorts to be easily assayed in a short space of time. Additionally, this cell-based assay can be easily adapted to detect antibodies to many different antigenic targets, both from the central nervous system and periphery. Discovering additional novel antibody biomarkers will enable prompt and accurate diagnosis and improve treatment of immune-mediated disorders.

Over the recent years, live cell-based assays have been used successfully to detect antibodies against surface and conformational antigens. Here, we describe a method using high-throughput flow cytometry enabling the analysis of large cohorts of patients. Detection of novel antibodies will improve diagnosis and treatment of immune-mediated disorders.

Hochdurchsatz-Durchflusszytometrie zellbasierten Assay auf Antikörper gegen N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptor oder Dopamin-2-Rezeptor im menschlichen Serum Detect

Over the recent years, antibodies against surface and conformational proteins involved in neurotransmission have been detected in autoimmune CNS diseases ...

Murine Model for Non-invasive Imaging to Detect and Monitor Ovarian Cancer Recurrence

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of care consisting of surgical debulking and combination chemotherapy consisting of platinum and taxane compounds, almost 90% of patients recur within a few years. In these patients the development of chemoresistant disease limits the efficacy of currently available chemotherapy agents and therefore contributes to the high mortality. To discover novel therapy options that can target recurrent disease, appropriate animal models that closely mimic the clinical profile of patients with recurrent ovarian cancer are required. The challenge in monitoring intra-peritoneal (i.p.) disease limits the use of i.p. models and thus most xenografts are established subcutaneously. We have developed a sensitive optical imaging platform that allows the detection and anatomical location of i.p. tumor mass. The platform includes the use of optical reporters that extend from the visible light range to near infrared, which in combination with 2-dimensional X-ray co-registration can provide anatomical location of molecular signals. Detection is significantly improved by the use of a rotation system that drives the animal to multiple angular positions for 360 degree imaging, allowing the identification of tumors that are not visible in single orientation. This platform provides a unique model to non-invasively monitor tumor growth and evaluate the efficacy of new therapies for the prevention or treatment of recurrent ovarian cancer.

We describe a non-invasive animal imaging platform that allows the detection, quantification, and monitoring of ovarian cancer growth and recurrence. This intra-peritoneal xenograft model mimics the clinical profile of patients with ovarian cancer.

Mausmodell für nicht-invasive Bildgebungs zu erfassen und zu überwachen Eierstockkrebs Rezidiv

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of living systems. Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using qMRI methods. The MRI acquisition protocol begins with localizer images (used to locate the position of the body and tissue of interest within the MRI system), quality control measurements of relevant magnetic field distributions, and structural imaging for general anatomical characterization. The qMRI portion of the protocol includes measurements of the longitudinal and transverse relaxation time constants (T1 and T2, respectively). Also acquired are diffusion-tensor MRI data, in which water diffusivity is measured and used to infer pathological processes such as edema. Quantitative magnetization transfer imaging is used to characterize the relative tissue content of macromolecular and free water protons. Lastly, fat-water MRI methods are used to characterize fibro-adipose tissue replacement of muscle. In addition to describing the data acquisition and analysis procedures, this paper also discusses the potential problems associated with these methods, the analysis and interpretation of the data, MRI safety, and strategies for artifact reduction and protocol optimization.

Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using non-invasive magnetic resonance imaging methods.

Quantitative Magnetresonanztomographie von Skelettmuskelerkrankung

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

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 ...

In Vivo Evaluation of the Mechanical and Viscoelastic Properties of the Rat Tongue

The tongue is a highly innervated and vascularized muscle hydrostat on the floor of the mouth of most vertebrates. Its primary functions include supporting mastication and deglutition, as well as taste-sensing and phonetics. Accordingly, the strength and volume of the tongue can impact the ability of vertebrates to accomplish basic activities such as feeding, communicating, and breathing. Human patients with sleep apnea have enlarged tongues, characterized by reduced muscle tone and increased intramuscular fat that can be visualized and quantified by magnetic resonance imaging (MRI). The abilities to measure force generation and viscoelastic properties of the tongue constitute important tools for obtaining functional information to correlate with imaging data. Here, we present techniques for measuring tongue force production in anesthetized Zucker rats via electrical stimulation of the hypoglossal nerves and for determining the viscoelastic properties of the tongue by applying passive Lissajous force/deformation curves.

In Vivo Evaluation of the Mechanical and Viscoelastic Properties of the Rat Tongue

We describe a surgical procedure in an anesthetized rat model for determining the muscle tone and viscoelastic properties of the tongue. The procedure involves specific stimulation of the hypoglossal nerves and application of passive Lissajous force/deformation curves to the muscle.