Suportado pelo NIH prêmios RO1 HL073087, GM 077185, 069589 e GM para CKS. O trabalho também é apoiada por uma bolsa do curso de Medicina Regenerativa da DHLRI. Os autores agradecem ao apoio técnico e insumos clínica do seguinte pessoal na Ohio State University: Dr. Sabyasachi.Biswas (Centro Integral de Feridas), Dr. Allison Spiwak (Divisão de Tecnologia da Circulação), Joseph Agoston (Divisão de Circulação), Thoma cana (Divisão de Circulação), Joseph Ewing (Engenharia Mecânica), Scott Killinger (Engenharia Mecânica), e Xiaoyin Ge (Engenharia Elétrica).

1. Oxigenação dos tecidos mapeamento por imagem multiespectral Um Centro de Wound Global (CWC) de modo duplo sistema de imagem, doravante referido como o sistema CWC, foi desenvolvido na Universidade Estadual de Ohio para imagens multiespectrais de oxigenação dos tecidos cutâneos e de imagem termográfica da função vascular. A ampla diferença técnica derivada segunda espectroscópica foi utilizado para reconstruir o tecido mapas oxigenação com base em imagens multiespectrais 1. Neste estudo, um indivíduo saudável sentou-se com o antebraço esquerdo descansando sobre uma bancada. Uma porção do antebraço dentro do campo de visão do sistema CWC foi pintado com nanquim (1% dissolvido em etanol) para imitar as cores de pele diferentes. Imagens multiespectrais foram adquiridos e um mapa de oxigenação foi reconstruída com base no amplo espectro derivado segunda lacuna. O mapa oxigenação reconstruída foi comparada com a adquirida por um Hypermed OxyVu comercial hiperespectrais tecido do sistema de medição de oxigenação. Respostas dos tecidos de oxigênio para oclusão vascular foram estudados sobre o mesmo assunto na sequência de um protocolo de pós-oclusiva hiperemia reativa (PORH) 2. Antes do teste PORH, sistólica do sujeito e diastólica foram registradas por um manguito de pressão colocados no braço esquerdo. O protocolo PORH consistia de um período inicial de pré-oclusiva de dois minutos, uma oclusão suprasystolic (sistólica + 50 mm Hg) período de dois minutos, e um período de hiperemia reativa de dois minutos. Imagens multiespectrais foram adquiridas em quatro comprimentos de onda (ou seja, 530nm, 550nm, 570nm, 590nm e) durante o teste PORH na taxa de amostragem de 0,75 segundos por comprimento de onda. Saturação de oxigênio dos tecidos profundos e tensão de oxigênio do tecido cutâneo no mesmo braço foram gravados simultaneamente por um espectrofotômetro tecido OxiplexTS (ISS Inc., Urbana Champaign, IL) e um monitor de TCM de oxigênio (Radiometer, Dinamarca), respectivamente. 2. Função de mapeamento vascular por imagem termográfica dinâmica Imagens termográficas dinâmica foi demonstrado em um sujeito saudável, utilizando o mesmo sistema CWC. O assunto confortavelmente mentiu sobre uma mesa em decúbito dorsal, com o braço esquerdo descansando sobre uma bancada e no dorso da mão esquerda voltada para cima em direção à unidade de câmera infravermelha do sistema CWC. Um laser Doppler sonda foi colocada na ponta do dedo da mesma mão para o monitoramento contínuo da perfusão da pele do dedo. Um manguito de pressão foi colocada sobre o braço esquerdo para produzir diferentes níveis de oclusão. Antes do experimento, o assunto foi convidado a descansar por pelo menos 10 minutos, com a pressão sistólica e diastólica registrados pelo manguito de pressão. Dinâmica imagens termográficas foram capturados nos níveis de pressão a seguir cuff: nenhuma oclusão, 0,5 x pressão arterial diastólica, 0,5 x (pressão arterial diastólica + pressão arterial sistólica), e 1,5 x pressão arterial sistólica. Em cada nível de pressão do manguito, um estímulo térmico foi introduzido pela colocação de um saco de água de temperatura ambiente (25 ° C) na mão esquerda por 30 segundos. Imediatamente após a remoção do estímulo térmico, as imagens da esquerda termográficas foram adquiridas a uma taxa de 2 frames / segundo ea perfusão da pele do dedo foi registrada pelo Doppler a laser sonda na taxa de amostragem de 10 Hz. O intervalo de tempo entre os testes foi de 10 min. A posição da mão esquerda foi marcado com antecedência para que as medições posteriores foram na mesma posição. Funções do tecido vascular em níveis diferentes de oclusão foram avaliadas através de resposta tanto a temperatura e os índices de função vascular. O índice de função vascular foi definida como a razão entre a raiz quadrada do tempo após a estimulação térmica e da mudança de temperatura correspondente. 3. Co-registo entre oxigenação dos tecidos e mapas função vascular O mapa da função cutânea tecido vascular adquirida pela imagem termográfica dinâmico e ver o mapa da oxigenação dos tecidos cutâneos adquiridos por meio de imagens multiespectrais foram co-registradas por um algoritmo avançado de imagens. Quatro marcadores fiduciária, com simultânea contrastes térmicos e ópticos, foram colocados no tecido biológico para facilitar imagem co-registro. Atualmente, o protocolo para co-registrar a imagem óptico (eo mapa de oxigenação), com a imagem térmica (e no mapa de funções vascular) inclui as seguintes etapas principais: 1) transformar todas as imagens para escala de cinza e normalizar os valores de intensidade de pixels entre 0 e 1, 2) para a foto óptica, identificar a região de primeiro plano (pele), que tem valores de pixel de alta intensidade do que a um limiar empírico global (0,8 vezes o valor da intensidade média de toda a imagem), a pequenos furos na região foram em primeiro plano preenchido com a operação morfológica perto; 3) identificar as regiões marcador fiduciária como regiões mais escuras em primeiro plano cuja intensidade valores estão abaixo de ambos os g<html> lobal limite eo limiar adaptativo local definido pelos valores de pixels média no 20-por-20 bairro pixel. O limiar de adaptação locais nos permitiu acomodar a variação de iluminação, 4) refinar as regiões marcador fiduciária usando operações morfológicas para eliminar o ruído e picos; os centróides das quatro regiões foram selecionadas como pontos de controle na foto óptica; 5) repita os passos semelhante ao identificar as regiões do marcador na imagem térmica; 6) correspondem ao dois conjuntos de pontos de controle com base na proximidade (dado que as duas câmeras foram posicionadas bem perto); 7) calcula uma transformação afim entre as duas imagens com a imagem térmica como referência e transformar a foto óptico eo mapa de oxigênio (que é obtido a partir da mesma câmera que a foto óptica) correspondentemente; 8), finalmente, gerar as imagens sobrepostas para visualização. 4. Resultados representativos: Os resultados representativos para o protocolo de oxigenação (ou seja, # 1) são mapas tecido cutâneo oxigenação reconstruída com base em ampla gap de espectroscopia segunda derivada. O método de gap de espectroscopia gama segunda derivada efetivamente reduziu os artefatos de medição causado pela absorção de fundo do tecido de modo que a medição oxigenação cutânea foi menos afetada pela mudança de cor da pele simulada. Também demonstramos um protocolo PORH onde o mapa oxigenação cutânea tecido, a oxigenação dos tecidos profundos, ea tensão de oxigênio do tecido cutâneo foram gravados simultaneamente. Os resultados representativos para o protocolo da função vascular (isto é, # 2) incluem as distribuições de temperatura tecido cutâneo, as mudanças de temperatura tecido cutâneo em resposta à estimulação térmica externa, eo tecido cutâneo mapas índice vascular derivado de imagem termográfica dinâmico. Correlações foram observadas entre as imagens termográficas do índice cutânea tecido vascular eo laser de medição Doppler da perfusão dos tecidos da pele. Os resultados representativos para o protocolo de co-registo (ou seja, # 3) incluir o mapa oxigenação dos tecidos, o mapa do índice vascular, ea fusão de imagens entre a oxigenação, de fotografia, e imagens índice de co-vascular registrado por contraste multi-marcadores fiduciária. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Configuração do sistema CWC dual-mode para não-contato de imagem de oxigenação tecidual e função vascular. O sistema foi instalado em um carrinho móvel. Ela consistia de uma câmera de infravermelho termal, uma câmera CCD, um filtro de cristal líquido ajustável, e uma fonte de luz de banda larga. Um computador foi usado para sincronizar as tarefas de coleta de dados, análise e visualização. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Interface de software para o sistema CWC. A interface do software foi programado em ambiente Labview. No canto superior esquerdo da interface é o painel de controle para a configuração de hardware e calibração do sistema. À direita da interface é a tela em tempo real do mapa a temperatura do tecido adquirido pela câmara de infravermelhos. Na parte inferior da interface são medições a laser Doppler da perfusão dos tecidos da pele. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Interface de software para o sistema CWC (Cont.). Esta é uma janela pop-up para mostrar parâmetros oxigenação dos tecidos. À esquerda está o mapa oxigenação dos tecidos reconstruídos a partir das imagens multiespectrais. O lado direito da interface exibe os parâmetros de oxigenação tecidual seguinte de cima para baixo: (1) oxigenação dos tecidos cutâneos média de uma região selecionada de interesse (ROI) no mapa oxigenação dos tecidos, (2) a oxigenação profunda do tecido monitorado por um oxímetro de tecido OxplexTS (3); tensão de oxigênio do tecido cutâneo acompanhado por um monitor de oxigênio transcutânea TCM. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. Imagem oxigenação cutânea tecido por um sistema de imagem OxyVu. A figura da esquerda é uma imagem de tons de cinza do tecido da pele. A camada de tinta foi pintada na pele para simular a cor da pele. O mapa da oxigenação dos tecidos cutâneos adquiridos pelo sistema OxyVu é mostrado à direita. Dois quadrados em forma de regiões de interesse (ROIs) foram selecionados dentro e fora da área pintada de tinta respectivamente. Para o ROI dentro da área pintada de tinta, a oxigenação dos tecidos cutâneos média foi de 62,8 ± 11,0%. Para o ROI fora da área de tinta pintada, a oxigenação dos tecidos cutâneos média foi de 44,0 ± 11,0%. Uma diferença de 18,8% foi observada para as medições tecido cutâneo oxigenação dentro e fora da área da pele de tinta-pintada. <html> gura 5 &quot;/&gt; Figura 5. Oxigenação do tecido cutâneo imagem pelo sistema CWC. As imagens multiespectrais foram capturados pelo sistema CWC no local da pele mesmo sobre o assunto mesmo que na Figura 4. A figura da esquerda é a imagem único comprimento de onda do tecido da pele ea figura da direita é a reconstrução cutânea mapa oxigenação dos tecidos. A camada de tinta foi pintada na pele com a concentração de tinta a mesma que na Figura 4. . Dois quadrados em forma de regiões de interesse (ROIs) foram selecionados dentro e fora da área pintada de tinta respectivamente. Para o ROI dentro da área pintada de tinta, a oxigenação dos tecidos cutâneos média foi de 60,9 ± 6,9%. Para o ROI fora da área de tinta pintada, a oxigenação dos tecidos cutâneos média foi de 65,8 ± 5,5%. Uma diferença de 4,9% foi observada para as medições tecido cutâneo oxigenação dentro e fora da área da pele de tinta-pintada. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig6.jpg" alt="Figura 6" /> Figura 6. O efeito da mudança de cor da pele simulado sobre a fiabilidade das medições oxigenação cutânea tecido. A análise estatística foi realizada para determinar a significância das mudanças de cor da pele simulado com as medidas de oxigenação para ambos os OxyVu e os sistemas de imagem CWC. Para cada sistema de imagem, a média da oxigenação dos tecidos cutâneos foram calculados dentro e fora das áreas de tinta-pintada pele por seleção aleatória de 10 regiões de interesse (ROIs) em cada área. Nossa hipótese nula é que a mudança de cor da pele não vai afetar a medição oxigenação cutânea tecido. Esta hipótese nula foi testada usando mapas oxigenação na Figura 4 (ou seja, as medições OxyVu) e na Figura 5 (ou seja, as medições CWC), respectivamente. Student t-testes mostram que o valor de p para as medidas OxyVu é muito menos do que 0,001, o que implica que a hipótese nula é rejeitada. Portanto, a mudança da cor da pele afeta o tecido cutâneo medições oxigenação em um sistema de imagem OxyVu. Em contraste, o valor de p para as medidas CWC é 0,728, o que implica a probabilidade de que a mudança de cor da pele não afeta as medições tecido cutâneo oxigenação em um sistema de imagem CWC. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig7.jpg" alt="Figura 7" /> Figura 7. Imagens tecido cutâneo oxigenação obtida a partir do sistema CWC durante o pós-oclusiva hiperemia reativa (PORH). PORH O teste foi realizado no antebraço de um indivíduo saudável após o 1 º. (A). Único comprimento de onda imagem em escala de cinza do braço com quatro marcadores fiduciária colocado para a imagem do co-registo. (B) A linha de base cutânea mapa oxigenação dos tecidos adquiridos antes da oclusão vascular. (C) O mapa a oxigenação cutânea tecido após a oclusão vascular (pressão sistólica + 50 mmHg) por 2 minutos. (D) O mapa a oxigenação cutânea tecido após hiperemia reativa. Mudanças significativas na oxigenação dos tecidos cutâneos foram observadas antes, durante e após a oclusão vascular. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig8.jpg" alt="Figura 8" /> Figura 8. Parâmetros de oxigênio nos tecidos continuamente monitorada durante um teste PORH. O protocolo de teste em (a) mostra um período de pré-oclusão basal, seguido por um período de oclusão suprasystolic, e terminar com um período de hiperemia reativa. A história de duração do tecido cutâneo oxigenação do procedimento PORH é plotado em (b). Foi obtido pela média de uma região selecionada de interesse (ROI) no mapa CWC cutânea oxigenação. Também acompanhou a oxigenação profunda do tecido por um oxímetro de tecido OxiplexTS, como plotados em (c). A tensão de oxigênio do tecido também foi monitorado por um dispositivo de TCM e plotados em (d). As medições CWC de oxigenação dos tecidos cutâneos coincidem com os parâmetros de oxigênio durante o procedimento de outras PORH. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig9.jpg" alt="Figura 9" /> Figura 9. Respostas tecido cutâneo em diferentes pressões de oclusão vascular. Termográfica imagens foram adquiridas imediatamente após a estimulação térmica (ou seja, um saco de água à temperatura ambiente de 25 ° C) foi removido da mão esquerda do sujeito. O eixo horizontal corresponde aos pontos de tempo diferentes após a estimulação térmica foi removido. O eixo vertical corresponde às seguintes quatro níveis de pressões de oclusão vascular: 0 (Sem oclusão), 0.5DBP, 0,5 (PAD + PAS), 1.5SBP, onde PAD é a pressão arterial diastólica e PAS é a pressão arterial sistólica. Para este assunto específico, o PAD é 69mmHg e PAS é 123mmHg. Os resultados dos testes indicam que a resposta a temperatura do tecido para a estimulação externa térmica está correlacionada com o nível da oclusão vascular. O aumento da pressão de oclusão reduz a taxa de resposta térmica. fig10.jpg &quot;alt =&quot; Figura 10 &quot;/&gt; Figura 10. Reconstruída mapas índice vascular em diferentes pressões de oclusão vascular. Índices de função Vascular (v) em cada pixel das imagens termográficas foi derivado por regressão a mudança de temperatura cutânea de tecido (Δ T) contra a raiz quadrada do tempo, após a estimulação térmica (√ t ): Δ √ t + K + ε, onde ε é o erro aleatório, e K é uma constante. Mapas função vascular índice da esquerda para a direita correspondem às condições de oclusão seguintes: (a) sem oclusão, (b) 0.5DBP, (c) 0,5 (PAD + PAS), (d) 1.5SBP. Para este assunto específico, a pressão arterial diastólica (PAD) é 69mmHg e da pressão arterial sistólica (PAS) é 123mmHg. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig11.jpg" alt="Figura 11" /> Figura 11. Correlação entre o índice de função vascular e da perfusão dos tecidos da pele. O dedo indicador ponta a função vascular em cada pressão de oclusão em # 2 foi calculado pela média de cinco regiões de interesse (ROIs) no mapa índice do tecido vascular. A perfusão dos tecidos da pele foi medida por um dispositivo a laser Doppler em uma das ponta do dedo. O índice ponta do dedo vascular correlacionada com a medição a laser Doppler, indicando o potencial da utilização do método dinâmico termográficas para a avaliação quantitativa da função do tecido vascular. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig12.jpg" alt="Figura 12" /> Figura 12. . A imagem do processo do co-registo Na primeira linha, vamos mostrar: (a) a foto normalizado, (b) a região de primeiro plano segmentado, e (c) os marcadores segmentada na imagem de foto. Na segunda linha, vamos mostrar: (d) o mapa de perfusão normalizado, (e) a região de primeiro plano segmentado, e (f) os marcadores segmentado no mapa perfusão. A transformação afim entre os dois conjuntos de posições marcador foi calculado. As imagens co-registradas (G e H) foram obtidos por transformar a imagem da foto e do mapa de oxigênio usando essa transformação recuperado afim. <img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig13.jpg" alt="Figura 13" /> Figura 13. Os resultados co-registro. A foto transformada e mapa de oxigênio, juntamente com o mapa de perfusão foram co-registradas e exibidas como um mapa de calor. O mapa de calor no (a) foi apresentado com 100% de imagem da foto transformada no canal vermelho, 100% da imagem de oxigênio transformado no canal verde e 50% do mapa de perfusão no canal azul. Para visualizar os vasos melhor, nós apresentamos uma outra versão do resultado co-registro como em (b). O mapa de calor foi composta de 100% da imagem da foto transformada no canal vermelho, 50% da imagem de oxigênio transformado em canal verde, e 50% do mapa de perfusão mudou no canal azul, onde o mapa índice vascular foi invertido e somente as informações na região de primeiro plano foi mantido.

<ol>
	<li>Myers, D. E., Anderson, L. D., Seifert, R. P., Ortner, J. P., Cooper, C. E., Beilman, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+method+for+measuring+local+hemoglobin+oxygen+saturation+in+tissue+using+wide+gap+second+derivative+near-infrared+spectroscopy.">Noninvasive method for measuring local hemoglobin oxygen saturation in tissue using wide gap second derivative near-infrared spectroscopy.</a> J Biomed Opt. 10 (3), 034017-034017 (2005).</li><li>Jarm, T., Kragelj, R., Liebert, A., Lukasiewitz, P., Erjavec, T., Preseren-Strukelj, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postocclusive+reactive+hyperemia+in+healthy+volunteers+and+patients+with+peripheral+vascular+disease+measured+by+three+noninvasive+methods.">Postocclusive reactive hyperemia in healthy volunteers and patients with peripheral vascular disease measured by three noninvasive methods.</a> Adv Exp Med Biol. 530, 661-669 (2003).</li><li>Treacher, D. F., Leach, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+transport-1.+Basic+principles.">Oxygen transport-1. Basic principles.</a> Bmj. 317 (7168), 1302-1306 (1998).</li><li>Leach, R. M., Treacher, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+transport-2.+Tissue+hypoxia.">Oxygen transport-2. Tissue hypoxia.</a> BMJ. 317 (7169), 1370-1373 (1998).</li><li>Sen, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wound+healing+essentials:+let+there+be+oxygen.">Wound healing essentials: let there be oxygen.</a> Wound Repair Regen. 17 (1), 1-18 (2009).</li><li>RL, G. r. e. e. n. m. a. n., Panasyuk, S., Wang, X., TE, L. y. o. n. s., Dinh, T., Longoria, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+changes+in+the+skin+microcirculation+and+muscle+metabolism+of+the+diabetic+foot.">Early changes in the skin microcirculation and muscle metabolism of the diabetic foot.</a> Lancet. 366 (9498), 1711-1717 (2005).</li><li>Valvano, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The use of thermal diffusivity to quantify tissue perfusion [dissertation]. , (1981).</li><li>Hassan, M., Togawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+skin+thermal+inertia+distribution+during+reactive+hyperaemia+using+a+single-hood+measurement+system.">Observation of skin thermal inertia distribution during reactive hyperaemia using a single-hood measurement system.</a> Physiol Meas. 22 (1), 187-200 (2001).</li><li>Ley, O., Deshpande, C., Prapamcham, B., Naghavi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lumped+parameter+thermal+model+for+the+study+of+vascular+reactivity+in+the+fingertip.">Lumped parameter thermal model for the study of vascular reactivity in the fingertip.</a> J Biomech Eng. 130 (3), 031012-031012 (2008).</li><li>Wilson, S. B., Spence, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+thermographic+imaging+method+for+quantifying+dermal+perfusion:+potential+and+limitations.">Dynamic thermographic imaging method for quantifying dermal perfusion: potential and limitations.</a> Med Biol Eng Comput. 27 (5), 496-501 (1989).</li></ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

De oxigênio existente no tecido biológico em múltiplas formas, tais como hemoglobina ou mioglobina oxigênio ligado, oxigênio dissolvido, e as espécies reativas de oxigênio. Transporte de oxigênio desempenha um papel crítico na manutenção da viabilidade dos tecidos e processos metabólicos normais 3. Aguda ligeira a moderada hipóxia iniciará adaptação metabólica, regulação vascular, e as respostas angiogênico 4. Hipóxia extrema e anoxia levará a angiogênese insuficiente e morte celular. O desequilíbrio entre a oferta de oxigênio limitada ea demanda de oxigênio aumentada é um dos principais fatores causadores de muitas doenças, como feridas crônicas 5. No caso de feridas isquêmicas, suprimento de oxigênio é limitada pela falta de perfusão e não pode atender a necessidade metabólica do processo de cicatrização e função respiratória explosão comprometer destinadas a combater a infecção. Avaliação simultânea da oxigenação dos tecidos cutâneos e na função vascular tem relevância clínica em tratamento de feridas crônicas. A técnica de imagem hiperespectral estimativas oxigenação dos tecidos cutâneos por tecido de iluminação e detecção de reflectância do tecido em comprimentos de onda diferentes 6. Uma grande vantagem das imagens hiperespectrais é não-invasivo e sem contato detecção de propriedades do tecido funcional. No entanto, a confiabilidade de medição de oxigênio para muitos sistemas de imagens hiperespectrais é afetado pela cor da pele e outras variações de absorção de fundo. Gap de espectroscopia gama segunda derivada foi desenvolvido anteriormente para a medição de oxigenação dos tecidos com um efeito mínimo de dispersão e pigmentação da pele 1. Nós aplicamos o princípio da espectroscopia de segunda derivada para imageamento multiespectral e demonstrou a medição consistente de oxigenação dos tecidos cutâneos independente, com as mudanças de cor da pele simulada. Perfusão tecidual foi estudado anteriormente por determinação do tecido 7 difusividade térmica. Um método único capô foi desenvolvido para introduzir estimulação térmica e respostas imagem tecido dinâmico, a fim de estimar a distribuição do tecido da pele inércia térmica 8. Experimentos sobre a pele do antebraço humano submetido a oclusão arterial manguito demonstrado relação linear entre a inércia térmica e perfusão arterial medida por uma impressora a laser Doppler, antes e durante a oclusão do fluxo sanguíneo 8. Um modelo bioheat lumped também foi utilizada para estimar a reatividade vascular do dedo a ponta durante a pletismografia de oclusão venosa 9. Apesar dos esforços acima, perfusão sanguínea da pele quantificar a partir de medições da temperatura da pele é um desafio por causa da falta de sensibilidade, a dependência da espessura de gordura subcutânea, e outros fatores contribuintes, como vasoconstrição, vasodilatação e artefatos de movimento 10. Neste protocolo, usamos uma câmera de infravermelho para captar a dinâmica da temperatura do tecido em resposta a uma estimulação térmica à temperatura ambiente. A estimulação térmica foi selecionado de modo que o efeito de vasoconstrição e vasodilatação foi minimizado. Modelagem e esforços de medição são necessários, a fim de delinear uma correlação confiável quantitativa entre o índice de função vascular e da perfusão dos tecidos da pele. Em # 3, foi utilizada a transformação afim para as tarefas de co-registro. No entanto, dado que as duas câmeras são posicionadas com ângulos diferentes no espaço 3D, é potencialmente mais preciso aplicar uma transformação relacionada com a transformação em 3D entre as duas câmaras. Atualmente estamos explorando nesse sentido que envolvem calibração extrínseca das câmeras no espaço 3D utilizando a geometria epipolar.

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Higgins Calligraphy waterproof black ink</td>
<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

Avaliação precisa de oxigenação dos tecidos cutâneos e na função vascular é importante para a detecção apropriado, estadiamento e tratamento de problemas de saúde, como muitas feridas crônicas. Nós relatamos o desenvolvimento de um sistema de imagem de modo duplo para geração de imagens não-invasiva e sem contato de oxigenação dos tecidos cutâneos e na função vascular. O sistema integrado de imagem uma câmara de infravermelhos, uma câmera CCD, um filtro de cristal líquido ajustável e uma fonte de luz de alta intensidade de fibra. Uma interface Labview foi programado para o controle de equipamentos, a sincronização, de aquisição de imagem, processamento e visualização. Imagens multiespectrais capturada pela câmera CCD foram usados ​​para reconstruir o mapa oxigenação dos tecidos. Dinâmica imagens termográficas capturada pela câmera infravermelha foram usados ​​para reconstruir o mapa de funções vasculares. Oxigenação dos tecidos cutâneos e imagens a função vascular foram co-registradas através de marcadores fiduciária. As características de desempenho do sistema de imagem dual-mode foram testadas em seres humanos.

Watch this Scientific Journal Video about Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function at JoVE.com

Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function

Um dual-mode sistema de imagens foi desenvolvido para não-contato avaliação da oxigenação dos tecidos cutâneos e na função vascular.

Dual-mode de imagem de oxigenação dos tecidos cutâneos e Função Vascular

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

Research

JoVE Journal

Medicine

16.4K visualizações.  The Ohio State University. Um dual-mode sistema de imagens foi desenvolvido para não-contato avaliação da oxigenação dos tecidos cutâneos e na função vascular.

Vídeo: 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.

Diagnóstico Ecografia de função de mouse Diafragma

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

Medicina

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.

Avaliação da função vascular em pacientes com doença renal crônica

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.

Uma abordagem metodológica para avaliações não-invasivas de função vascular e Morfologia

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.

Tromboembólica crônica Hipertensão Pulmonar e Avaliação da Função Ventricular Direita no Piglet

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.

Visualização dos Vascular e parênquima regeneração após 70% hepatectomia parcial em ratos normais

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.

Calcificação das células do músculo vascular liso e de imagem da aorta calcificação e inflamação

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.

Avaliação da função Microvascular de tecido adiposo humano usando tele-microscopia

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.

Acoplamento de Neurovascular do músculo esquelético, capacidade oxidativa e função Microvascular com 'Balcão único' espectroscopia de infravermelho próximo

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.

Oxigenação de membrana extracorpórea veno-venosa em um rato

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.

Mensuração da Oxigenação Tecidual por Espectroscopia no Infravermelho Próximo em Pacientes em Hemodiálise

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