Un nuevo enfoque para superar el artefacto de movimiento cuando se utiliza un contraste de punto láser sistema de imagen para alternar la velocidad de la microcirculación sanguínea

Resumen

Este estudio introduce una nueva técnica para la medición y análisis de alterna velocidades de la microcirculación de la sangre en un solo experimento utilizando a un toner laser speckle contraste.

Resumen

El toner del laser de contraste moteado (pone) proporciona una técnica simple pero poderosa para medir el flujo sanguíneo microcirculatorio. Ideal para la respuesta dinámica de la sangre, la pone se utiliza de la misma manera como un convencional Laser Doppler Imager (LDI). Sin embargo, con una profundidad máxima de la piel de aproximadamente 1 mm, la Empeoraron está diseñado para centrarse en el flujo de sangre superficial principalmente. Se utiliza para medir superficies de piel de hasta 15 x 20 cm. La nueva técnica introducida en este papel es responsable alterna velocidades de microcirculations; es decir, lento y rápido flujo flujo medición la Empeoraron. La nueva técnica también supera el defecto mayor de pone, que es de alta sensibilidad al movimiento del artefacto. Un parche adhesivo opaco (AOP) se introduce para la grabación satisfactoria de flujo sanguíneo microcirculatorio, restando la señal pone de la DOP de la señal de láser punto piel. El ajuste óptimo se define porque la pone es más poderosa cuando cambios de flujo se miden en relación con una base de referencia, con flujo micro circulatorio de sangre expresado como porcentaje el cambio de la línea de base. Estos cambios pueden utilizarse para analizar el estado del sistema de flujo de sangre.

Introducción

La proyección de imagen de contraste de punto láser (pone) es un probado sin contacto, método para análisis de sangre flujo microcirculación^1,2,3,4,5,6 de monitoreo en tiempo real ^{, 7}. pone el utilizado en este documento es moorFLPI todo el campo. La medición de la perfusión de flujo de sangre en áreas grandes de alta resolución espacial y temporal, mediante un fenómeno llamado "punto de láser" es una de las principales ventajas de este dispositivo⁶. La evaluación en tiempo real de la microcirculación se hace a través de patrones capturados a través de una cámara mediante patrones de speckle dispersos. Dado que el moorFLPI pone está destinado a investigaciones clínicas y fisiológicas, el software de procesamiento de imágenes se trabaja en el hecho de que alta perfusión produce rápida variación en el patrón de punto de laser, entonces integrado por carga acoplada dispositivo (CCD) para producir un área de bajo contraste⁸. El contraste es cuantificado y el flujo resultante es color cifrado para producir una imagen de la perfusión de⁸.

Por desgracia, la pone es muy sensible a vibraciones ambientales, artefacto y los movimientos del tema zona⁹. Hasta la fecha esto ha proporcionado difícil cuando alterna Estados de flujo han sido estudiados. Este documento explica los detalles de la técnica explícitamente descritas en un reciente estudio¹⁰ donde un dispositivo de estimulación eléctrica Neuromuscular fue utilizado para medir la microcirculación sanguínea cuando hubo movimiento de la extremidad examinada.

Protocolo

el método divulgado fue utilizado en un estudio que recibió aprobación ética del Comité de ética de investigación de la Universidad de Bournemouth en 09 de febrero de 2016 (referencia 10571).

1. pone configurar

1. Conecte el panel trasero de moorFLPI pone a sus tres conectores (alimentación, Bus serie Universal (USB) y IEEE1394) para el sistema funcionar.
2. Montar el brazo de soporte de escritorio con 4 tornillos de la moorFLPI pone al revés y fija al soporte brazo
3. Gire el soporte de montaje para la proyección de imagen hacia abajo cuando.
   Nota: La pone tiene tres controles: ajuste de zoom (1) – con el sensor en una posición menos aumento puede ajustarse a valores máximos y mínimos para grande y pequeño campos de vista respectivamente. Para asegurar la repetibilidad, se suministra una etiqueta indexación de anillo; (2) Ajustador enfoque – esto depende de la distancia medida y debe ser ajustado después de que se ha establecido la posición de la imagen. Para asegurar la repetibilidad, se suministra una etiqueta indexación de anillo; y (3) un polarizador – un filtro polarizante lineal está disponible para minimizar el reflejo especular de órganos expuestos – la montura giratoria puede girarse 360°.
4. Instalar el software para controlar la cámara. El software se divide en dos módulos, proporcionando una función de medición y revisión.

2. Preparación de participantes

1. Asegúrese de que la evaluación se realiza en una sala de temperatura controlada (22 ± 1 ° C) y que los participantes estén sentados durante 10 minutos antes de la prueba para adaptarse a la temperatura ambiente.
2. Evitar una fuerte fuente de luz artificial y la luz del sol brilla sobre el participante o la pone como luz ambiental podría afectar el moorFLPI cerca de la fuente de láser infrarrojo en 785 nm.
   Nota: Una prueba simple para confirmar si los niveles de luz ambiente son aceptables es abriendo la ventana de configuración de imagen y obstruyendo el láser. Si la imagen es casi totalmente negra entonces ningún paso adicional es necesario; Si todavía hay demasiado ambiente luz presente, acción se requiere de mas.
3. Garantizar relajados a lo largo de la evaluación, con los pies en el suelo, si los participantes y evitar conversaciones.
Parche
4. lugar 8 cm ² de adhesivo opaco (AOP) (p. ej., Leukotape) en el área de la piel para enmascarar el flujo de sangre. Esto se hace para tener en cuenta el inconveniente de pone en términos de alta sensibilidad al movimiento del artefacto, y retrodispersión de la señal se utilizará para la medición del flujo sanguíneo microcirculatorio.

3. Medición de imagen de la microcirculación

1. seleccionar ' procesamiento espacial ' para 25 cuadros por segundo captura a 152 x 113 píxeles.
2. Elegir ' medición de la imagen en vivo ' y ajuste la posición del sensor el participante seguido ajustando el zoom, foco y polarizador de reflexión especular un mínimo de 20 cm. La imagen debe aparecer muy ' plana ' y.
3. Establecer un tiempo de exposición de 20 ms para alta sensibilidad a pequeños cambios y flujo bajo.
4. Utilizar una tarifa de la exhibición de 25 Hz y una constante de tiempo de 0,3 s para tener en cuenta cambios de flujo rápido de sangre y para lograr el contraste óptimo mediante la reducción del ruido de la imagen.
5. Crear dos regiones de igual tamaño (2 cm ²) de interés (ROI), llamadas ROI 1 y 2 de retorno de la inversión. Alinear 2 retorno de la inversión por lo que es dentro de los 8 cm ² AOP. Tenga cuidado para que no se intercambio de ROIs pero mantuvo estrecha dentro de 2-4 cm para reducir la necesidad de volver a centrar si cualquier movimiento mecánico resulta en ROI 2 ya no está en el área AO.
   Nota: Medida del flujo de sangre será menos precisa en zonas de alta y baja intensidad, por lo que es importante tener un ajuste óptimo ganancia. Los rangos de valor de ganancia entre 0 - 200. Un valor de ajuste de ganancia óptimo se logra en el rango de 70-80.
6. Flujo de realizar mediciones en relación con una base de referencia. En el caso de esta metodología, introducir ' el resto ' como una base de referencia. Por lo tanto, expresar una ' rápida ' y ' lento ' etapa del flujo sanguíneo como un porcentaje de cambio de referencia, ' resto ' etapa.
7. Grabar mediciones de flujo de sangre en formato de vídeo y guardar para análisis fuera de línea utilizando un módulo de revisión de la imagen.

4. Análisis fuera de línea

Nota: moorFLPI de imagen de Software permite la apertura de un video para realizar el análisis.

1. Calcular el flujo promedio en ROIs tras una serie de grabaciones del flujo de sangre media. 1 retorno de la inversión es la medida real del flujo sanguíneo de la piel y ROI 2 es la señal de piel de punto láser retrodispersión de la AOP.
2. Calcular el flujo de sangre media restando 2 ROI ROI 1 (flujo sanguíneo de la piel).
   ROI 1 - ROI 2 = flujo sanguíneo medio

Resultados

El experimental pone configurar está delineada en la figura 1 con herramientas funcionales identificados. Se ilustra una típica preparación participante para una medición del flujo de sangre en una zona del muslo anterior. Soporte de montaje ajustable permite una rotación de la Empeoraron para la medición de flujo sanguíneo en la microcirculación de cualquier área particular de la piel. Figura 2 se describe un ejemplo de un típico punto cruda imagen y punto se puede convertir con configuración a medida que se indica en el protocolo para la medición de la microcirculación sanguínea.

La figura 3 muestra un ejemplo de área de la piel y colocación de DOP (paso 3.1), configuración de imágenes raw Empeoraron (paso 3.2), una imagen en vivo para el flujo de sangre lento (paso 3.3) y un live de imagen para un rápido flujo (paso 3.4) en una grabación continua de datos de un flujo alterno nos Ing moorFLPI Empeoraron. Paleta de configuración de código de colores permite la diferenciación entre los niveles de flujo. Con la paleta estándar de 16 colores, flujo bajo se ve como azul, valores de flujo medio se ven como verde y valores de alto flujo se ven como naranja y rojo.

Flujo sanguíneo de la piel se expresa en unidades de perfusión de punto láser (LSPU). La figura 4 muestra la representación gráfica de 1 ROI, ROI 2 y AOP en una zona de la piel. Se calcula el flujo de sangre media en análisis fuera de línea utilizando los datos de ROI 1 y 2 de retorno de la inversión y la ecuación (1).

Figura 1: experimental conjunto arriba de moorFLPI pone Brazo de soporte de escritorio cable salidas, controles de posición (zoom Ajustador, ajustador de foco y polarizador), AOP y portátil para la configuración de ajuste de imagen. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: imagen de punto crudo antes de la grabación de datos. 2.1 - 2.2) flujo punto crudas imágenes y un entorno mal configurado lo que resulta en una alta ganancia con la visibilidad pobre que dará como resultado una medición de flujo de sangre menos precisa. 2.3 - 2.4) Sistema configurado según el protocolo, lo que resulta en una ganancia correcta con máxima visibilidad para obtener un resultado confiable. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: un resumen de la medida de instalación y registro de moorFLPI pone. 3.1. el área de la piel (muslo) con 2 cm² AOP para tener en cuenta para el movimiento del artefacto. 3.2) una punto crudo 'plana y sin rasgos distintivos' imagen que indica la intensidad de luz de rayos bueno con ajuste óptimo. 3.3) una grabación de la imagen en directo de un flujo sanguíneo lento. 3.4) una grabación de la imagen en directo de un flujo rápido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: representación gráfica de la disposición 1 de ROI, ROI 2 y AOP en una zona de la piel. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Resto (referencia de línea base) (LSPU)			Flujo de sangre lento (LSPU)				Flujo de sangre moderada (LSPU)				Flujo sanguíneo rápido (LSPU)
Significa flujo - ROI 1	Significa flujo - ROI 2	Significa flujo de sangre	Significa flujo - ROI 1	Significa flujo - ROI 2	Significa flujo de sangre	Sangre aumento % desde el inicio del flujo	Significa flujo - ROI 1	Significa flujo - ROI 2	Significa flujo de sangre	Sangre aumento % desde el inicio del flujo	Significa flujo - ROI 1	Significa flujo - ROI 2	Significa flujo de sangre	Sangre aumento % desde el inicio del flujo
157.9	35.1	122.8	178.5	41.6	136.9	10.9	216,9	44,6	172.3	33.5	418.9	77,5	341.4	94.2

Tabla 1: significa flujo en LSPU ROI 1 y 2 de retorno de la inversión al inicio del estudio, lento, moderado y rápido flujo de sangre. Aumento de flujo arterial se expresa como un porcentaje de cambio de una etapa inicial.

Figura 5: ejemplo de ROI 1 y 2 de ROI posicionamiento en un área superficial de la piel (muslo). Una paleta de 16 colores describe las fuentes de perfusiones. Datos registrados para el retorno de la inversión 1 y 2 de retorno de la inversión en unidades de perfusión y restar como se explica en la ecuación 1 para la medición de la microcirculación sanguínea. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discusión

El objetivo de este estudio fue introducir una nueva técnica para la medición y análisis de alterna velocidades de la microcirculación de la sangre en un solo experimento utilizando la Empeoraron. Las mediciones pueden ser afectadas por luz ambiente, vibración y movimiento participante incluyendo respiración y fasciculaciones. Los pasos descritos en el protocolo han sido diseñados para reducir al mínimo esos efectos y obtener medidas confiables y repetibles de la microcirculación sanguínea.

Se enfatiza que cada paso dentro del protocolo es vital para una medición precisa de la microcirculación sanguínea, técnica introducida fue descubierto secuencial siguiente pruebas de todas las posibles opciones y combinaciones disponibles, incluyendo: tiempo constante, configuración de zoom, tiempo de exposición, Mostrar la paleta de la imagen de frecuencia, ganancia y flujo. Se analizaron los resultados y repitieron utilizando la visualización de vídeo vivo y análisis fuera de línea para encontrar la configuración de imagen óptima. Esto era esencial, ya que el software de procesamiento de imágenes utiliza el hecho de que alta perfusión produce rápida variación en el patrón del punto del laser, y como resultado se produce una zona de bajo contraste de punto bien definido en la imagen de vídeo. Entonces se crea la imagen de perfusión en un mapa color-coded de la perfusión microcirculatoria.

Preparación experimental del área y la participación resulta para ser esencial, y esto puede ser controlado evitando trabajo cerca de fuentes de luz natural (ventana) o fuertes fuentes de luz artificial, como éstos pueden interferir en la moorFLPI cerca de la fuente láser infra-rojo. El protocolo también introdujo un AOP ya se reconoció que la vibración ambiental y movimiento de los participantes tanto generan señales que son indistinguibles de flujo sanguíneo. La DOP resultó una opción simple pero eficaz, ofreciendo una opción fina pero opaca, clara y accesible que tenía una superficie microscópico áspera para evitar significativa reflexión especular. Investigaciones preliminares por Omarjee et al. ¹¹ destaca una limitación potencial por el cual Leukotape crea una amplitud de la señal de reflexión diferente a la de la piel y varía significativamente entre los sujetos; sin embargo Mahe et al. ¹ no encontró drásticas diferencias entre los participantes. Aunque Leukotape es más accesible que otros a medida, parches termoadhesivos de la bicapa, la exactitud de la medición de la ecuación (1) podría mejorarse mediante el uso de un AOP alternativo.

La sección de análisis fuera de línea destacó la importancia de los tamaños de ROIs y su ubicación dentro del área de interés. Inicialmente, un mayor retorno de la inversión 1, aproximadamente 8 cm², se intentó que sobrepuso el retorno de la inversión 2. Esta metodología se convirtió en sin fiable debido al movimiento del artefacto que resulta en el movimiento de retorno de la inversión 2, y el experimento vivo tuvo que ser parada para volver a centrar el retorno de la inversión 2. Otra entrada corta fue que debido a ROI 1 superponer el AOP, el flujo promedio ya no el área debajo de AOP en una cuenta, como ya no era una señal de retrodispersión. Esto significó una gran parte de la microcirculación sanguínea fue siendo pasado por alto y por lo tanto, datos de flujo resultantes no eran correctos. Por lo tanto, una metodología en que dos ROIs de 2 cm², con un AOP de 8 cm² y ninguna interacción entre ROI 1 y 2 de retorno de la inversión (pero mantenerse dentro de los 2-4 cm de cada uno), ofrece una técnica de análisis confiables y repetibles para medición de sangre microcirculación.

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
moorFLPI LSCI	Moor Instruments	Not Available - Online Link Provided in descreption	moorFLPI is an instrument designed for the measurment of blood flow within microvasculature by using infra red laser speckle contrast analysis.  https://gb.moor.co.uk/
moorFLPI Image Review Module	Moor Instruments	No Available - Online Link Provided	Used with moorFLPI, user can record and measure changes in blood flow by changerating a colour coded map of tissue perfusion.  https://gb.moor.co.uk/
Leukotape	BSN Medical	72978-10	Medical tape with microporous surface. http://www.bsnmedical.co.uk/fileadmin/z-countries/United_Kingdom/PDF/L/Leukotape_K_A46PP_low_res_11112013.pdf