1. Mapping weefseloxygenatie door multispectrale beeldvorming Een uitgebreide Wound Center (CWC) dual-mode imaging-systeem, voortaan aangeduid als de CWC systeem werd ontwikkeld aan de Ohio State University voor multispectrale beeldvorming van cutane zuurstofvoorziening van de weefsels en thermografische beeldvorming van de vaatfunctie. De brede kloof tweede afgeleide spectroscopische techniek werd gebruikt om de zuurstofvoorziening van de weefsels kaarten gebaseerd op een multispectrale beelden te reconstrueren. In deze studie, een gezonde persoon zat met de linker onderarm rust op een aanrecht. Een deel van de onderarm in het gezichtsveld van het CWC systeem werd beschilderd met Oost-Indische inkt (1% opgelost in ethanol) om de verschillende huidskleuren na te bootsen. Multispectrale beelden werden verkregen en een oxygenatie kaart is gereconstrueerd op basis van de brede kloof tweede afgeleide spectrum. De gereconstrueerde oxygenatie kaart werd vergeleken met die verkregen door een commerciële Hypermed OxyVu hyperspectrale weefseloxygenatie meetsysteem. Weefsel zuurstof reacties op vasculaire occlusie werden bestudeerd over hetzelfde onderwerp na een protocol van de post-occlusieve reactieve hyperemie (PORH) 2. Voordat de PORH test werden het onderwerp systolische en diastolische bloeddruk opgenomen met een druk manchet geplaatst op de linker bovenarm. De PORH protocol bestond uit een pre-occlusieve baseline periode van twee minuten, een suprasystolic occlusie (systolische + 50 mm Hg) periode van twee minuten, en een reactieve hyperemie periode van twee minuten. Multispectrale beelden werden verkregen op vier golflengten (dat wil zeggen, 530nm, 550nm, 570nm, 590nm en) tijdens de PORH test aan het sampling rate van 0,75 seconden per golflengte. Deep tissue zuurstofverzadiging en huidweefsel zuurstof spanning op dezelfde arm tegelijkertijd werden opgenomen door een OxiplexTS weefsel spectrofotometer (ISS Inc, Urbana Champaign, IL) en een TCM transcutane zuurstof monitor (Radiometer, Denemarken) respectievelijk. 2. In kaart brengen van vasculaire functie door dynamische thermografische imaging Dynamische thermografische beelden werd gedemonstreerd op een gezonde persoon met dezelfde CWC-systeem. Het onderwerp comfortabel gelogen op een tafel in rugligging, met de linker arm rustend op een werkblad en het dorsale gedeelte van de linkerhand naar boven en naar de infrarood camera-unit van het CWC-systeem. Een laser Doppler sonde werd geplaatst op de vingertop van dezelfde hand voor continue bewaking van de vinger de huid perfusie. Een druk manchet werd geplaatst op de linker bovenarm op verschillende niveaus van occlusie te produceren. Voordat het experiment werd de proefpersoon gevraagd om uit te rusten voor ten minste 10 minuten, met de systolische en diastolische druk geregistreerd door de druk manchet. Dynamische thermografische beelden werden vastgelegd op de volgende manchetdruk niveaus: geen last van 0,5 x diastolische bloeddruk, 0,5 x (diastolische bloeddruk + systolische bloeddruk), en 1,5 x systolische bloeddruk. Op elk manchetdruk niveau werd een thermische prikkels geïntroduceerd door het plaatsen van een waterzak van de kamertemperatuur (25 ° C) aan de linker kant gedurende 30 seconden. Onmiddellijk na het verwijderen van de thermische stimulatie werden de linkerhand thermografische beelden die met een snelheid van 2 frames / seconde en de vinger huid perfusie werd opgenomen door de laser Doppler sonde met een bemonsteringsfrequentie van 10 Hz. Het tijdsinterval tussen de tests was 10 minuten. De positie van de linkerhand stond in het teken van tevoren, zodat de latere metingen werden op dezelfde positie. Weefsel vasculaire functies op verschillende niveaus occlusie werden geëvalueerd door het berekenen van zowel de temperatuur respons en de vasculaire functie index. De vasculaire functie-index werd gedefinieerd als de verhouding tussen de vierkantswortel van de tijd na thermische stimulatie en de bijbehorende temperatuur te veranderen. 3. Co-registratie tussen weefseloxygenatie en vaatfunctie kaarten De kaart van huidweefsel vasculaire functie overgenomen door dynamische thermografische beeldvorming en de kaart van cutane weefsel oxygenatie overgenomen door multispectrale beeldvorming werden mede-geregistreerd door een geavanceerde imaging-algoritme. Vier fiduciaire markers, met gelijktijdige thermische en optische contrasten, werden geplaatst op de biologisch weefsel om de afbeelding co-registratie mogelijk te maken. Momenteel is het protocol voor co-registratie van het optische beeld (en de oxygenatie kaart) met het thermische beeld (en de vasculaire functie kaart) omvat de volgende belangrijke stappen: 1) alle beelden te transformeren naar grijstinten en normaliseren van de pixel intensiteit waarden tussen 0 en 1, 2) voor de optische foto, identificeer de voorgrond (huid) regio met een hoge intensiteit pixel waarden dan de empirische een algemene drempel (0,8 keer de gemiddelde intensiteit waarde van de hele afbeelding) heeft, de kleine gaatjes op de voorgrond regio werden gevuld worden met de morfologische nauwe operatie; 3) identificatie van de fiduciaire marker regio's als donkere gebieden op de voorgrond waarvan de intensiteit waarden zijn lager dan zowel de g lobal drempel en de adaptieve lokale vastgestelde drempel de gemiddelde pixel waarden in de 20-by-20 pixel buurt. Het adaptieve lokale drempel liet ons toe om de verlichting geschikt voor variatie; 4) het verfijnen van de fiduciaire marker regio's met behulp van morfologische operaties om ruis en pieken verwijderen, de hartlijnen van de vier regio's werden geselecteerd als controle punten in de optische foto; 5) soortgelijke stappen te herhalen om identificeren marker regio's in het thermische beeld; 6) overeen met de twee sets van controlepunten op basis van nabijheid (gezien het feit dat de twee camera's nauw geplaatst); 7) berekenen een affiene transformatie tussen de twee beelden met het thermische beeld als de referentie en transformeren de optische foto en de zuurstof kaart (die wordt verkregen uit dezelfde camera als de optische foto) navenant; 8) tenslotte het genereren van het bedekt afbeeldingen voor visualisatie. 4. Representatieve resultaten: De vertegenwoordiger resultaten voor de oxygenatie protocol (dat wil zeggen, # 1) zijn huid weefseloxygenatie kaarten gereconstrueerd op basis van brede kloof tweede afgeleide spectroscopie. De methode van brede kloof tweede afgeleide spectroscopie effectief verminderd de meting artefacten veroorzaakt door weefsel achtergrond absorptie, zodat de huid zuurstof meting werd minder beïnvloed door de gesimuleerde veranderingen in de huidskleur. We toonden ook een PORH protocol waar de huid weefseloxygenatie kaart, de diepe zuurstofvoorziening van de weefsels, en het huidweefsel zuurstofspanning gelijktijdig werden opgenomen. De vertegenwoordiger resultaten voor de vaatfunctie protocol (dat wil zeggen, # 2) omvatten het huidweefsel temperatuur-distributies, het huidweefsel temperatuur verandert als reactie op externe thermische stimulatie, en het huidweefsel vasculaire index kaarten afgeleid van dynamische thermografische beeldvorming. Correlaties werden vastgesteld tussen de thermografische beeldvorming van huidweefsel vasculaire index en de laser Doppler meting van de huid weefselperfusie. De representatieve resultaten voor de co-registratie protocol (dat wil zeggen, # 3) de zuurstofvoorziening van de weefsels kaart, de vasculaire index kaart, en het beeld fusie tussen fotografie, oxygenatie, en vasculaire indexbeelden co-geregistreerd door multi-contrast fiduciaire markers. Figuur 1. CWC dual-mode-systeem set-up voor non-contact beeldvorming van zuurstofvoorziening van de weefsels en vasculaire functie. Het systeem werd geïnstalleerd op een mobiele kar. Het bestond uit een infrarood thermische camera, een CCD-camera, een vloeibaar kristal afstembare filter, en een breedband-lichtbron. Een computer werd gebruikt om de taken van data verzamelen, analyseren, en weergave te synchroniseren. Figuur 2. Software-interface voor de COR-systeem. De software interface werd geprogrammeerd in de Labview-omgeving. Op de linkerbovenhoek van de interface is het bedieningspaneel voor de hardware configuratie en kalibratie van het systeem. Aan de rechterkant van de interface is de real-time weergave van het weefsel temperatuur kaart overgenomen door de infrarood camera. Op de bodem van de interface zijn laser Doppler-metingen van de huid weefselperfusie. Figuur 3. Software-interface voor het CWC-systeem (vervolg). Dit is een pop-up venster om de weefseloxygenatie parameters laten zien. Aan de linkerkant is de zuurstofvoorziening van de weefsels kaart gereconstrueerd op basis van de multispectrale beelden. De rechterkant van de interface worden de volgende weefseloxygenatie parameters van boven naar beneden: (1) cutane weefseloxygenatie gemiddeld uit een geselecteerde regio of interest (ROI) in het weefsel oxygenatie kaart, (2) diepe weefseloxygenatie gecontroleerd door een OxplexTS weefsel oximeter , (3) cutane weefsel zuurstof spanning gecontroleerd door een TCM transcutane zuurstof monitor. Figuur 4. Cutane weefseloxygenatie beeldvorming door een OxyVu imaging-systeem. De linker figuur is een afbeelding in grijswaarden van het huidweefsel. Een laag van inkt werd geschilderd op de huid om de huidskleur te simuleren. De kaart van cutane zuurstofvoorziening van de weefsels verkregen door de OxyVu systeem wordt getoond aan de rechterkant. Twee vierkante regio's van belang (ROI) werden geselecteerd binnen en buiten de inkt geschilderd gebied respectievelijk. Voor de ROI binnen de inkt geschilderd gebied, de gemiddelde huid weefseloxygenatie was 62,8 ± 11,0%. Voor de ROI buiten de inkt geschilderd gebied, de gemiddelde huid weefseloxygenatie was 44,0 ± 11,0%. Een verschil van 18,8% werd waargenomen voor de cutane weefseloxygenatie metingen binnen en buiten de inkt-geverfde huid. guur 5 "/> Figuur 5. Cutane weefseloxygenatie beeldvorming door de COR systeem. Multispectrale beelden werden gevangen genomen door de COR-systeem op dezelfde plaats op de huid over hetzelfde onderwerp als die in figuur 4. De linker figuur is de enige golflengte beeld van het huidweefsel en de afbeelding rechts is de gereconstrueerde huid weefseloxygenatie kaart. Een laag van inkt werd geschilderd op de huid met de inkt concentratie hetzelfde als dat in figuur 4. . Twee vierkante regio's van belang (ROI) werden geselecteerd binnen en buiten de inkt geschilderd gebied respectievelijk. Voor de ROI binnen de inkt geschilderd gebied, de gemiddelde huid weefseloxygenatie was 60,9 ± 6,9%. Voor de ROI buiten de inkt geschilderd gebied, de gemiddelde huid weefseloxygenatie was 65,8 ± 5,5%. Een verschil van 4,9% werd waargenomen voor de cutane weefseloxygenatie metingen binnen en buiten de inkt-geverfde huid. Figuur 6. Het effect van gesimuleerde veranderingen in de huidskleur van de betrouwbaarheid van cutane weefsel oxygenatie metingen. Statistiek analyse werd uitgevoerd om de betekenis van de gesimuleerde huidskleur verandert in zuurstof metingen te bepalen voor zowel de OxyVu en de COR beeldvormende systemen. Voor elke imaging-systeem, werden de gemiddelde huidweefsel oxygenations berekend binnen en buiten de inkt-geschilderde delen van de huid door de willekeurige selectie van 10 regio's van belang (ROI) in elk gebied. Onze nulhypothese is dat de verandering van huidskleur niet van invloed op de huid weefseloxygenatie meting. Deze nul-hypothese werd getest met behulp van zuurstof kaarten in Figuur 4 (dat wil zeggen, de OxyVu metingen) en Figuur 5 (dat wil zeggen, de COR metingen) respectievelijk. Student's t-tests tonen aan dat de p-waarde voor de OxyVu metingen is veel minder dan 0,001, hetgeen betekent dat de nulhypothese wordt verworpen. Daarom is de verandering van de huidskleur van invloed op de huid weefseloxygenatie metingen in een OxyVu imaging-systeem. In tegenstelling, de p-waarde voor de CWC metingen is 0.728, wat de kans dat de verandering van de huidskleur niet de cutane weefseloxygenatie metingen in een CWC imaging systeem beïnvloeden. Figuur 7. Cutane weefseloxygenatie beelden verkregen uit het CWC systeem tijdens post-occlusieve reactieve hyperemie (PORH). PORH De test werd uitgevoerd op de onderarm van een gezonde persoon na # 1. (A). Enkele golflengte grijswaarden afbeelding van het wapen met vier fiduciaire markers geplaatst voor het imago van co-registratie. (B) De baseline cutane weefseloxygenatie kaart verworven voor vasculaire occlusie. (C) De huid weefseloxygenatie kaart na vasculaire occlusie (systolische druk + 50mmHg) voor 2 minuten. (D) De huid weefseloxygenatie kaart na reactieve hyperemie. Significante veranderingen in de huid weefseloxygenatie werden waargenomen voor, tijdens en na vasculaire occlusie. Figuur 8. Weefsel zuurstof parameters voortdurend gecontroleerd tijdens een PORH test. Het testprotocol in (a) toont een periode van pre-occlusie baseline, gevolgd door een suprasystolic occlusie periode, en eindigen met een reactieve hyperemie periode. De geschiedenis van cutane weefsel oxygenatie duur van de PORH procedure is uitgezet in (b). Het werd verkregen door het gemiddelde een geselecteerde regio of interest (ROI) in de CWC cutane oxygenatie kaart. We hebben ook toezicht gehouden op de diepe zuurstofvoorziening van de weefsels door een OxiplexTS weefsel oximeter, zoals uitgezet in (c). De transcutane weefsel zuurstof spanning werd ook gevolgd door een TCM apparaat en uitgezet in (d). De COR metingen van cutane weefsel oxygenatie goed samen met andere zuurstofhoudende parameters tijdens de PORH procedure. Figuur 9. Huidweefsel reacties op verschillende vasculaire occlusie druk. Thermografische beelden werden onmiddellijk verkregen is na de thermische stimulatie (dat wil zeggen, een waterzak op kamertemperatuur 25 ° C) werd verwijderd van links van het onderwerp hand. De horizontale as komt overeen met de verschillende tijdstippen plekken na de thermische stimulatie werd verwijderd. De verticale as komt overeen met de volgende vier niveaus van vasculaire occlusie druk: 0 (geen occlusie), 0.5DBP, 0.5 (DBP + SBP), 1.5SBP, waar DBP is de diastolische bloeddruk en SBP is de systolische bloeddruk. Voor dit specifieke onderwerp, is de DBP 69mmHg en de SBP is 123mmHg. De testresultaten geven aan dat het weefsel temperatuur antwoord op de externe thermische stimulatie is gecorreleerd met het niveau van de vasculaire occlusie. Het verhogen van de occlusie druk vermindert de thermische respons. fig10.jpg "alt =" Figuur 10 "/> Figuur 10. Gereconstrueerd vasculaire index kaarten op verschillende vasculaire occlusie druk. Vaatfunctie index (v) op elke pixel van de thermografische foto's werd afgeleid door regressie het huidweefsel temperatuur verandering (Δ T) tegen de vierkantswortel van de tijd na de thermische stimulatie (√ t ): Δ √ t + K + ε, waar ε is de toevallige fout en K is een constante. Vasculaire functie index kaarten van links naar rechts overeen met de volgende occlusie voorwaarden: (a) geen occlusie, (b) 0.5DBP, (c) 0,5 (DBP + SBP), (d) 1.5SBP. Voor dit specifieke onderwerp, is de diastolische bloeddruk (DBP) 69mmHg en de systolische bloeddruk (SBP) is 123mmHg. Figuur 11. Correlatie tussen de vaatfunctie-index en de huid weefselperfusie. De vinger vaatfunctie index bij elke occlusie druk in # 2 werd berekend door het gemiddelde vijf regio's van belang (ROI) in het weefsel vasculaire index kaart. De huid weefselperfusie werd gemeten met een laser Doppler-apparaat bij een van de vingertop. De vingertop vasculaire index gecorreleerd met de laser Doppler meting, met vermelding van het potentieel van het gebruik van de dynamische thermografische methode voor kwantitatieve beoordeling van de weefsel vaatfunctie. Figuur 12. . Het beeld co-registratie in de eerste rij, laten we zien: (a) de genormaliseerde foto, (b) de gesegmenteerde voorgrond regio, en (c) de gesegmenteerde markers op de foto beeld. In de tweede rij, tonen we: (d) de genormaliseerde perfusie kaart, (e) de gesegmenteerde voorgrond regio, en (f) de gesegmenteerde markers in de perfusie kaart. De affiene transformatie tussen de twee sets van de marker posities was berekend. De co-geregistreerde beelden (g en h) werden verkregen door het transformeren van de foto beeld en de zuurstof-kaart met behulp van dit hersteld affiene transformatie. Figuur 13. De co-registratie resultaten. De getransformeerde foto en zuurstof kaart, samen met de perfusie kaart waren co-geregistreerd en weergegeven in als een warmte-kaart. De warmte kaart in (a) werd gepresenteerd met 100% van getransformeerde foto beeld in het rode kanaal, 100% van getransformeerde zuurstof beeld in het groene kanaal en 50% van de perfusie kaart in het blauwe kanaal. Met het oog op de schepen beter te visualiseren, presenteren we een andere versie van de co-registratie resultaat als in (b). De hitte kaart is samengesteld uit 100% van getransformeerde foto beeld in het rode kanaal, 50% van getransformeerde zuurstof beeld in groene kanaal, en 50% van de veranderde perfusie kaart in het blauwe kanaal, waar de vasculaire index kaart was omgekeerd en alleen de informatie binnen de voorgrond regio werd gehouden.
