Görüntüleme sistemi hızları kan mikrosirkulasyon değerlendirme alternatif için bir lazer benek kontrast kullanırken hareket artefaktı üstesinden gelmek için yeni bir yaklaşım

Özet

Bu çalışmada ölçüm ve analiz, hızları kan mikrosirkulasyon değerlendirme cihazları tek bir deneyde bir lazer benek kontrast Imager kullanarak alternatif bir roman tekniği tanıttı.

Özet

Lazer benek kontrast Imager (LSCI) bir güçlü ama basit teknik microcirculatory kan akımını ölçmek için sağlar. Kan dinamik yanıtlar için ideal, LSCI olarak bir Konvansiyonel lazer Doppler Imager (IDİ) aynı şekilde kullanılır. Ancak, yaklaşık 1 mm maksimum cilt derinliği ile LSCI esas olarak yüzeysel kan akımı üzerinde odaklanmak amacıyla tasarlanmıştır. Deri yüzey alanları kadar ölçmek için kullanılan 15 cm x 20 cm. Yeni teknik microcirculations hızları değişen bu kağıt hesaplarındaki tanıttı; Yani hem yavaş hem de hızlı akış akış ölçüm LSCI kullanarak. Roman tekniği de yüksek hassasiyet için artifakı hareket LSCI'ın en büyük eksiklik üstesinden gelir. Yapışkan bir opak yama (AOP) microcirculatory kan akımı, tatmin edici kayıt için lazer çil cilt sinyalinden gelen AOP LSCI sinyalini çıkararak kullanılmaya başlandı. Akı değişiklikleri göreli bir başvuru temel kullanılarak ölçülen LSCI en güçlü olduğu için en uygun ayarı da tanımlanır, yüzde ifade edilen kan microcirculatory akı ile satır taban çizgisinden değiştirin. Bu değişiklikler kan akış sistemi durumunu analiz etmek için kullanılabilir.

Giriş

Bir kanıtlanmış temassız, gerçek zamanlı izleme kan akışı mikro^1,2,3,4,5,6 analiz yöntemi lazer benek karşıtlık görüntüleme (LSCI) olduğunu ^{, 7}. bu yazıda kullanılan LSCI olduğunu moorFLPI tam alan. Kan akışı perfüzyon "lazer benek" denilen bir olgu kullanarak yüksek çözünürlükte kayma ve temporal büyük alanlarda ölçme bu aygıt⁶ana avantajlarından biridir. Gerçek zamanlı mikro değerlendirilmesi yolu ile bir fotoğraf makinesi dağınık benek kalıpları kullanarak yakalanan desenleri üzerinden yapılır. Verilen bu moorFLPI LSCI klinik ve fizyolojik araştırma için tasarlanmıştır, o yüksek perfüzyon hızlı değişim sonra tahsil birleştiğinde aygıt (CCD) tarafından entegre lazer benek desen üretir aslında görüntü işleme yazılımı çalışır düşük kontrast⁸yüzölçümü üretmek için. Kontrast sayılabilir ve elde edilen akı bir perfüzyon görüntü⁸üretmek için kodlanmış renktir.

Ne yazık ki, LSCI çok hassas çevresel titreşim, obje ve hareketin konu alan⁹. Bu bugüne kadar zaman alternatif akış Birleşik eğitimi zorlu sağlamıştır. Bu kağıt nerede nöromüsküler elektriksel stimülasyon aygıt muayene ediliyor bacak hareketi yaşındayken kan mikro ölçmek için kullanılan bir son çalışmada¹⁰ içinde özetlenen açık teknik ayrıntılarını açıklar.

Protokol

yöntemi bildirilen etik onay Bournemouth Üniversitesi Araştırma etik komiteden 9 Şubat 2016 (başvuru 10571) alınan bir çalışmada kullanılacak.

1. LSCI kurmak

1. moorFLPI LSCI arka paneline üç yuva (güç kaynağı, evrensel seri veri yolu (USB) ve IEEE1394) için işlev sisteme bağlanmak.
2. Masaüstü destek LSCI ters çevirdim ve destek için sabit moorFLPI ile 4 vidayı kullanarak kolu monte kol
3. Döndürme bağlı aşağı doğru görüntüleme için montaj aparatı.
   Not: LSCI üç kontrolleri vardır: (1) zoom ayar – bir konumda küme Görüntüleyici ile daha az büyütme için küçük ve büyük alanları görüntülemek için maksimum ve minimum ayarları sırasıyla ayarlanabilir. Tekrarlanabilirlik emin olmak için dizin oluşturma bir yüzük etiket sağlanır; (2) odak ayarlamak – bu ölçüm mesafe üzerinde bağlıdır ve görüntü konumu ayarladıktan sonra ayarlanması gerekir. Tekrarlanabilirlik emin olmak için dizin oluşturma bir yüzük etiket sağlanır; ve (3) bir polarize – doğrusal polarize filtre üzerinden maruz organlara speküler yansıma en aza indirmek kullanılabilir – dönen Dağı ile 360 ° döndü.
4. Kamera kontrol yazılımı yükleyin. Yazılım bir ölçüm ve gözden geçirme işlevi sağlayan iki modülü bölünmüş.

2. Katılımcı hazırlık

1. değerlendirmesi bir sıcaklık kontrollü Oda (22 ± 1 ° C) gerçekleştirilir ve katılımcılar önce oda sıcaklığına uyum için test 10 dakikadır yerleştirildiğinden emin olun.
2. Önlemek yapay ışıkla aydınlatılmış ortamlarda ve ortam ışığı moorFLPI 785 işletim Kızılötesi Lazer Kaynak yakınındaki etkileyebilecek gibi katılımcı veya LSCI üzerinde parlayan güneş ışığı güçlü bir kaynak nm.
   Not: görüntüleme Kurulumu penceresini açmak ve lazer tıkayan ortam ışık düzeyini kabul edilebilir olup olmadığını doğrulamak için basit bir test var. Görüntü neredeyse tamamen siyah ise hiçbir ek işlem gereklidir; hala çok fazla ortam ışık hediye, daha fazla işleme gerek yoktur.
3. Katılımcılar oturmuş Eğer ayakları zemine, ile değerlendirme boyunca rahat ve konuşmaları önlemek olun.
Yapışkanlı opak
4. yer 8 cm ² yama (AOP) (örneğin, Leukotape) kan akımı maske cilt bölgede. Bu LSCI dezavantajı artifakı hareket için yüksek hassasiyet açısından için hesabına yapılır ve sinyal backscatter microcirculatory kan akımı ölçülmesi için kullanılan.

3. Mikro görüntü ölçüm

1. seçin ' kayma işleme ' 25 çerçevelemek-de ikinci yakalama 152 x 113 piksel için.
2. Seç ' canlı görüntü ölçüm ' ve 20 cm uzakta zum, odaklama ve polarize en az speküler yansıma için ayarlayarak takip katılımcı Imager konumunu ayarlamak. Görüntü oldukça görünmelidir ' düz ' ve özelliksiz.
3. 20 ms bir çekim hızı yüksek hassasiyet için küçük değişiklikler ve düşük akı ayarla.
4. 25 Hz görüntü oranını ve 0,3 bir zaman sabiti kullanın s hızlı kan akımı değişiklikleri için hesaba ve görüntü gürültü azaltma ile optimum kontrast sağlamak için.
5. Yatırım Getirisi 1 ve yatırım Getirisi 2 adlı iki eşit büyüklükte (2 cm ²) bölgeleri (ROI), ilgi oluşturmak. Yani 8 cm ² içinde AOP ROI 2 hizalayın. Böylece ROIs değil anlamı ama herhangi bir mekanik hareketi ROI artık AO alanında olmak 2 sonuçlanırsa yeniden merkezleme gereksinimini azaltmak için 2-4 cm yakın tutulur dikkat.
   Not: bir en iyi kazanç ayarı olması önemlidir bu yüzden kan akışı ölçüm düşük ve yüksek yoğunluklu bölgelerde daha az doğru olacaktır. Kazanç değer aralıkları arasında 0 - 200. Bir en iyi kazanç ayarı değeri 70-80 aralığında elde edilir.
Göreli bir başvuru temel
6. gerçekleştir akı ölçümleri. Bu metodoloji durumunda tanıtmak ' geri kalan ' bir başvuru temel olarak sahne. Bu nedenle, hızlı bir ' hızlı ' ve ' yavaş ' sahne kan akışını yüzde olarak değiştirmek bir satır taban çizgisinden ' dinlenme ' sahne.
7. Kan akışı ölçüm video formatında kaydedebilir ve bir görüntü inceleme modülü kullanılarak Çevrimdışı çözümlemeyi kaydetmek.

4. Çevrimdışı analiz

Not: moorFLPI görüntü inceleme yazılım analizi yapmak için bir video açılması sağlar.

1. Hesapla ortalama kan akımı kayıtları bir dizi takip ROIs içinde ortalama akı. Yatırım Getirisi 1 cilt kan akımı gerçek ölçüm ve yatırım Getirisi 2 AOP backscattered lazer çil cilt sinyalini.
2. Yatırım Getirisi 2 yatırım Getirisi 1 (Cilt kan akımı) çıkarılarak ortalama kan akımı hesaplamak.
   Yatırım Getirisi 1 - YG 2 ortalama kan akımı =

Sonuçlar

LSCI deneysel kurmak şekil 1 ' de tanımlanan işlev araçları ile gösterilmiştir. Ön uyluk kan akımı bir alan üzerinde bir ölçüm için tipik bir katılımcı hazırlık gösterilmiştir. Ayarlanabilir montaj aparatı microvasculature herhangi bir özel cilt alanının içinde kan akışı ölçümü için LSCI dönüşü sağlar. Şekil 2 bir tipik ham benek görüntü ve dönüştürülmüş benek görüntü örneği için ölçüm kan mikrosirkulasyon değerlendirme protokolü bölümünde özetlenen ısmarlama ayarlarla özetliyor.

Şekil 3 cilt alan ve AOP (Adım 3.1), LSCI ham görüntü kurulum (Adım 3.2), yavaş kan akımı (Adım 3.3) için canlı bir görüntü yerleşimini bir örnek gösterir ve canlı bir görüntü için bir alternatif akı bir sürekli veri kayıt elde bir hızlı kan akımı (Adım 3.4) bize Ing moorFLPI LSCI. Palet ayarı color-coding farklılaşma akı düzeyleri arasında sağlar. 16 renk standart palet ile düşük akı görülür mavi orta akı değerler yeşil görülür ve yüksek akı değerleri turuncu ve kırmızı olarak görülmektedir.

Cilt kan akımı lazer benek perfüzyon birimleri (LSPU) cinsinden ifade edilir. Şekil 4 cilt alan üzerinde yatırım Getirisi 1, yatırım Getirisi 2 ve AOP grafik gösterimi gösterir. Ortalama kan akımı çevrimdışı analiz yatırım Getirisi 1 ve yatırım Getirisi 2 ve Denklem (1) verilerini kullanarak hesaplanır.

Şekil 1: moorFLPI LSCI deneysel küme yukarı Masaüstü destek kolu, kablo çıkışları, (ayar, odak ayarlamak ve polarize yakınlaştırma) pozisyon denetimlerini, AOP ve görüntü ayarının yapılandırmasını için laptop. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 2: ham benek görüntü veri kayıt önce. 2.1 - 2.2) akı ve ham benek görüntüleri yüksek bir kazanç daha az doğru bir kan akışı ölçüm neden olur kötü görüş ile ortaya çıkan kötü yapılandırılmış bir ayar. Doğru bir kazanç için güvenilir bir sonuç azami görünürlük ile sonuçlanan Protokolü başı olarak, yapılandırılmış 2.3 - 2.4) Sistem. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 3: Kurulum ve kayıt ölçüm moorFLPI LSCI kullanarak genel bir bakış. 3.1. cilt (kalça) 2 cm² AOP artifakı hareket için hesap alanı. 3.2) en iyi ayarı iyi backscatter hafif şiddette gösteren bir ham çil 'düz ve özelliksiz' görüntü. 3.3) bir canlı görüntü kaydı yavaş kan akımı. 3.4) bir canlı görüntü kaydı hızlı kan akımı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4: yatırım Getirisi 1, yatırım Getirisi 2 ve AOP düzeni'nin cilt grafik olarak gösterilmesi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Geri kalan (temel başvuru) (LSPU)			Yavaş kan akımı (LSPU)				Orta kan akımı (LSPU)				Hızlı kan akımı (LSPU)
Akı - yatırım Getirisi 1 demek	Akı - YG 2 demek	Kan akımı demek	Akı - yatırım Getirisi 1 demek	Akı - YG 2 demek	Kan akımı demek	Kan akımı artışı % taban çizgisinden	Akı - yatırım Getirisi 1 demek	Akı - YG 2 demek	Kan akımı demek	Kan akımı artışı % taban çizgisinden	Akı - yatırım Getirisi 1 demek	Akı - YG 2 demek	Kan akımı demek	Kan akımı artışı % taban çizgisinden
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

Tablo 1: demek LSPU akı yatırım Getirisi 1 ve yatırım Getirisi 2 için temel yavaş, orta ve hızlı kan akımı. Kan akışı artış yüzde değişiklik temel aşamasından olarak ifade edilir.

Şekil 5: yatırım Getirisi 1 ve yatırım Getirisi 2 deri yüzey alanı (kalça) üzerinde konumlandırma örneği. 16 renk paleti perfusions lavers özetliyor. Veri yatırım Getirisi 1 ve yatırım Getirisi 2 için perfüzyon birimlerinde kaydedilir ve ölçüm kan mikrosirkulasyon değerlendirme 1 denklemi başlığında açıklandığı gibi çıkartılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Tartışmalar

Bu çalışmanın amacı ölçüm ve analiz, LSCI kullanarak bir tek denemede kan mikrosirkulasyon hızları alternatif bir roman tekniği tanıtmak oldu. Ölçümler ortam ışığı, titreşim ve nefes ve seğirmesi gibi katılımcı hareketi tarafından etkilenebilir. İletişim kuralında anlatılan adımları tüm bu etkileri en aza indirmek ve kan mikrosirkulasyon değerlendirme güvenilir ve tekrarlanabilir ölçümler elde tasarlanmıştır.

Her iletişim kuralına kan mikrosirkulasyon değerlendirme doğru bir ölçüm için kritik bir adımdır, keşfedilen aşağıdaki sıralı tüm olası ayar seçenekleri ve kombinasyonları dahil mevcut test tekniği tanıttı oldu vurgulanmaktadır: zaman sabit, yakınlaştırma ayarı, pozlama süresi, oranı, kazanç ve akı resim paleti görüntüler. Sonuçları analiz edildi ve optimum görüntüleme ayarı bulmak için canlı video görüntü ve çevrimdışı analiz kullanarak tekrar. Bu gerçeği yüksek perfüzyon hızlı değişim lazer benek desen üretir ve iyi tanımlanmış benek düşük kontrast alanının video görüntüsündeki bir sonucu olarak üretilen görüntü işleme yazılımı kullanır, gerekli. Perfüzyon görüntü sonra microcirculatory perfüzyon renk kodlu bir harita içinde oluşturulur.

Deneysel alan ve Katılım hazırlık temel olmak bulunur ve bunlar yakın kızıl ötesi lazer kaynak moorFLPI ile girişime neden olabilir gibi bu çalışma gün ışığı (pencere) kaynakları veya Yapay ışığın güçlü kaynakları yanında önleme tarafından denetlenebilir. Çevresel titreşim ve hareket katılımcının her ikisi de kan akışından ayırt edilemez sinyalleri üretmek kabul edildi gibi protokol Ayrıca bir AOP tanıttı. AOP önemli speküler yansıma önlemek için kesin pürüzlü bir yüzey alanı vardı bir ince ama opak, hafif ve erişilebilir seçeneği sunan basit ama etkili bir seçim olduğu ortaya çıktı. Ön araştırma tarafından Omarjee vd. ¹¹ Leukotape bir yansıma sinyal genlik farklı olan cilt için oluşturur ve önemli ölçüde konular arasında değişen potansiyel bir sınırlama vurgular; Ancak Mahe vd. ¹ katılımcılar arasında ciddi bir fark yoktur bulundu. Leukotape diğer bilayer yapışkanlı yamalar, ısmarlama daha erişilebilir olmasına rağmen denklem (1) ölçüm doğruluğunu bir alternatif AOP kullanarak gelişmiş.

Çevrimdışı analiz bölümü ROIs boyutlarda önemi ve ilgi alanı içinde konumlarını vurgulanır. Başlangıçta, daha büyük bir yatırım Getirisi 1, yaklaşık 8 cm², hangi yatırım Getirisi 2 overlaid denedim oldu. Bu metodoloji yakında un güvenilir yatırım Getirisi 2 hareket kaynaklanan artifakı hareket nedeniyle oldu ve canlı deney ROI 2 yeniden ortalamak için durdurulması gerekiyordu. Artık backscattered bir sinyal bir kısa geliyor nedeniyle yatırım Getirisi AOP overlaying 1, ortalama flux artık bir hesap altında AOP alanına aldı oldu. Bu kan mikrosirkulasyon değerlendirme büyük bir bölümü gözden kaçan ve bu nedenle elde edilen akı veriler doğru değildi anlamına geliyordu. Bu nedenle, 2 cm², hangi iki ROIs bir AOP 8 cm² ve (ama diğer her 2-4 cm muhafaza), yatırım Getirisi 1 ve yatırım Getirisi 2 arasındaki etkileşimi ile bir metodoloji kan ölçümlerinde güvenilir ve yinelenebilir analiz tekniği sağlar mikro.

Malzemeler

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