Dual-mode הדמיה של חמצון רקמות עורית ועל תפקוד כלי הדם

1. מיפוי רקמות חמצון על ידי הדמיה multispectral מרכז פצע מקיף (CWC) מצב כפול מערכת הדמיה, המכונה מעתה כמערכת CWC, פותחה על אוהיו סטייט עבור הדמיה multispectral של חמצון הרקמות עורית הדמיה thermographic תפקוד כלי הדם. הפער רחב second טכניקה ספקטרוסקופיות נגזרות שימש לשחזר חמצון הרקמות מפות המבוססת על תמונות multispectral 1. במחקר זה, נושא בריא ישב עם הזרוע השמאלית מונחת על הדלפק. חלק האמה בתחום המבט של מערכת CWC היה צבוע עם הודו דיו (1% מומס באתנול) לחקות את צבעי עור שונים. תמונות Multispectral נרכשו ואת מפת חמצון שוחזר על סמך ספקטרום פער גדול second נגזרת. המפה חמצון משוחזר היה בהשוואה נרכשה על ידי מסחרי Hypermed OxyVu חמצון היפרספקטראלית מערכת רקמות המדידה. חמצן רקמות התגובות חסימה בכלי הדם נחקרו באותו נושא בעקבות פרוטוקול של hyperemia שלאחר occlusive תגובתי (PORH) 2. לפני הבדיקה PORH, הסיסטולי של הנבדק ועל לחץ דם דיאסטולי נרשמו על ידי שרוול הלחץ על הזרוע השמאלית העליונה. פרוטוקול PORH כלל התקופה שלפני occlusive הבסיסית של שתי דקות, חסימה suprasystolic (סיסטולי + 50 מ"מ כספית) לתקופה של שתי דקות, תקופה hyperemia תגובתי של שתי דקות. תמונות Multispectral נרכשו בארבע אורכי הגל (כלומר, 530nm, 550nm, 570nm, 590nm ו) במהלך הבדיקה PORH בקצב דגימה של 0.75 שניות לכל אורך גל. רקמות עמוק חמצן הרוויה רקמה עורית חמצן מתח על הזרוע אותו נרשמו בו זמנית על ידי ספקטרופוטומטר רקמות OxiplexTS (ISS Inc, אורבנה שמפיין, אילינוי) וכן לפקח חמצן transcutaneous TCM (Radiometer, דנמרק) בהתאמה. 2. מיפוי תפקוד כלי הדם על ידי הדמיה thermographic דינמי דינמי הדמיה thermographic הודגם בנושא בריא באמצעות מערכת CWC אותו. נושא שיקר בנוחות על השולחן במצב שכיבה, עם יד שמאל מונחת על דלפק ואת dorsum יד שמאל כלפי מעלה לעבר יחידת מצלמת אינפרא אדום של מערכת CWC. דופלר לייזר בדיקה הוצב על קצה האצבע של היד זהה עבור ניטור רציף של זלוף עור האצבע. שרוול הלחץ הונח על הזרוע השמאלית העליונה כדי לייצר רמות שונות של חסימה. לפני הניסוי, בכפוף התבקש לנוח לפחות 10 דקות, עם הסיסטולי והדיאסטולי ולחצים נרשמו על ידי שרוול הלחץ. תמונות thermographic דינמי נלכדו ברמות הלחץ השרוול הבאים: אין חסימה, 0.5 x לחץ הדם הדיאסטולי, 0.5 x (לחץ הדם הדיאסטולי + לחץ הדם הסיסטולי), ו 1.5 x לחץ הדם הסיסטולי. ברמה כל הלחץ השרוול, גירוי תרמית הוצג על ידי הנחת שקית של מים בטמפרטורת החדר (25 ° C) על יד שמאל למשך 30 שניות. מיד לאחר הסרת גירוי תרמית, תמונות השמאלי thermographic נרכשו בקצב של 2 מסגרות / שנייה ואת זלוף העור אצבע נרשם על ידי דופלר לייזר בדיקה בקצב דגימה של 10 הרץ. מרווח הזמן בין הבדיקות היה 10 דקות. המיקום של היד השמאלית היה מסומן מראש, כך מדידות עוקבות היו באותו מצב. כלי הדם ברקמה פונקציות ברמות חסימה שונות הוערכו על ידי חישוב הן תגובה טמפרטורה מדד תפקוד כלי הדם. מדד תפקוד כלי הדם היה מוגדר כיחס בין השורש הריבועי של הזמן לאחר גירוי תרמי את השינוי בטמפרטורה המתאימה. 3. שיתוף בין רישום חמצון רקמות מפות תפקוד כלי הדם המפה של תפקוד כלי הדם ברקמה עורית נרכשה על ידי הדמיה thermographic דינאמי את המפה של חמצון הרקמות עורית נרכשה על ידי הדמיה multispectral היו רשומים במשותף על ידי אלגוריתם הדמיה מתקדמות. ארבעה סמנים הנאמנות, עם ניגודים תרמית אופטית במקביל, הונחו על רקמות ביולוגיות כדי להקל על תמונה משותפת אחת. כיום פרוטוקול שיתוף רישום תמונה אופטי (והמפה חמצון) עם התמונה תרמית (והמפה תפקוד כלי הדם) כולל את השלבים העיקריים הבאים: 1) לשנות את כל התמונות לגודל אפור לנרמל את ערכי עוצמת פיקסל בין 0 ו 1, 2) עבור תמונה אופטי, לזהות את הקידמה (העור) באזור שבו יש אינטנסיביות גבוהה פיקסל ערכים מהסף העולמי אמפירית (0.8 פעמים את הערך הממוצע של עוצמת התמונה כולה); חורים קטנים באזור הקדמי היו מלא באמצעות פעולת קרוב מורפולוגיים; 3) לזהות את האזורים סמן נאמנות כאזורים כהים בחזית אשר עוצמת ערכים להלן הן g סף lobal ועל סף אדפטיבית מקומית מוגדר לפי הערכים פיקסל מתכוון בשכונת 20 על ידי 20 פיקסלים. סף המקומית אדפטיבית מאפשר לנו להתאים את הווריאציה תאורה: 4) לחדד את האזורים סמן אמון באמצעות פעולות מורפולוגיות להסיר רעש קוצים; centroids של ארבעת האזורים נבחרו כנקודות שליטה תמונה אופטי: 5) חזור על צעדים דומים סמן לזהות אזורים בתמונה תרמית; 6) להתאים את שתי קבוצות של נקודות שליטה המבוססת על קרבה (בהתחשב בעובדה שתי מצלמות הוצבו מקרוב); 7) המחשוב המאוחד שינוי בין שתי תמונות עם התמונה התרמית כהפניה ולהפוך התמונה האופטי את המפה חמצן (אשר מתקבל מהמצלמה זהה תמונה אופטי) בהתאמה; 8) סוף סוף ליצור את התמונות מעולף להדמיה. 4. נציג תוצאות: התוצאות עבור פרוטוקול נציג חמצון (כלומר, מס '1) הם עורית חמצון הרקמות מפות משוחזר מבוסס על ספקטרוסקופיה רחב מרווח נוסף נגזרת. השיטה של ​​ספקטרוסקופיה רחב מרווח נוסף נגזרות ביעילות הפחית את החפצים המדידה הנגרמת על ידי קליטה רקע רקמת כך המדידה חמצון עורית הושפע פחות על ידי שינויי צבע עור מדומה. אנחנו גם הפגינו פרוטוקול PORH שבו רקמה עורית חמצון המפה, חמצון רקמות עמוק, והמתח עורית חמצן לרקמות נרשמו בו זמנית. התוצאות עבור פרוטוקול נציג את הפונקציה וסקולרית (כלומר, # 2) כוללים הטמפרטורה ברקמה עורית הפצות, הטמפרטורה ברקמה עורית שינויים בתגובה לגירוי חיצוני תרמי, ואת כלי הדם ברקמה עורית מדד מפות נגזר הדמיה thermographic דינמי. מתאמים נצפו בין הדמיה thermographic המדד וסקולרית עורית רקמות המדידה לייזר דופלר של זלוף רקמות העור. תוצאות נציג פרוטוקול שיתוף אחת (כלומר, # 3) כוללים את חמצון הרקמות המפה, מפת המדד כלי הדם, ואת התמונה היתוך בין חמצון, צילום ותמונות מדד וסקולרית שיתוף רשום בניגוד רב סמנים אמונים. באיור 1. מערכת CWC מצב כפול ההתקנה הדמיה ללא מגע של חמצון הרקמות ותפקוד כלי הדם. המערכת הותקנה על עגלה ניידת. היא כללה מצלמה תרמית אינפרא אדום, מצלמת CCD, מסנן גביש נוזלי מתכונן, ומקור אור בפס רחב. המחשב היה בשימוש כדי לסנכרן את משימות של איסוף נתונים, ניתוח, לתצוגה. איור 2. ממשק התוכנה עבור מערכת CWC. ממשק התוכנה תוכנתה בסביבת LabVIEW. בפינה השמאלית העליונה של הממשק הוא לוח הבקרה עבור תצורת החומרה ואת מערכת כיול. בצד ימין של ממשק היא להציג בזמן אמת של המפה רקמות טמפרטורה נרכשה על ידי מצלמת אינפרא אדום. בתחתית הממשק מדידות לייזר דופלר של זלוף רקמות העור. איור 3. ממשק התוכנה עבור מערכת CWC (המשך). זהו חלון מוקפץ להראות פרמטרים חמצון רקמות. בצד שמאל הוא חמצון הרקמות המפה מחדש מהתמונות multispectral. הצד הימני של הממשק מציג חמצון הרקמות הפרמטרים הבאים מלמטה למעלה: (1) חמצון רקמה עורית בממוצע מהאזור הנבחר של עניין (ROI) במפת חמצון רקמות; (2) חמצון רקמות עמוק בפיקוח oximeter רקמות OxplexTS : (3) מתח החמצן ברקמה עורית פיקוח על ידי צג TCM transcutaneous חמצן. איור 4. רקמה עורית חמצון הדמיה על ידי מערכת הדמיה OxyVu. האיור שנותר הוא בגווני אפור תמונה של רקמות העור. שכבה של דיו צויר על העור כדי לדמות את צבע העור. המפה של חמצון רקמה עורית נרכשה על ידי מערכת OxyVu מוצגת בצד ימין. שני מרובע בצורת אזורים של עניין (ROIs) נבחרו בתוך ומחוץ לאזור דיו הצבוע בהתאמה. לקבלת ההחזר על ההשקעה בתחום דיו צבוע, את חמצון בממוצע רקמה עורית היה 62.8 ± 11.0%. לקבלת ההחזר על ההשקעה מחוץ לאזור דיו צבוע, את חמצון בממוצע רקמה עורית היה 44.0 ± 11.0%. הבדל של 18.8% נצפתה חמצון המדידות עורית רקמות בתוך ומחוץ לאזור הדיו מצוירים על העור. gure 5 "/> איור 5. רקמה עורית חמצון הדמיה על ידי מערכת CWC. הדימויים multispectral נתפסו על ידי מערכת CWC במיקום עור זהה בנושא זהה לזה באיור 4. הדמות השמאלית התמונה אורך גל יחיד של רקמת העור הדמות הימנית היא רקמה עורית משוחזר המפה חמצון. שכבה של דיו צויר על העור עם ריכוז הדיו זהה לזה באיור 4. . שני מרובע בצורת אזורים של עניין (ROIs) נבחרו בתוך ומחוץ לאזור דיו הצבוע בהתאמה. לקבלת ההחזר על ההשקעה בתחום דיו צבוע, את חמצון בממוצע רקמה עורית היה 60.9 ± 6.9%. לקבלת ההחזר על ההשקעה מחוץ לאזור דיו צבוע, את חמצון בממוצע רקמה עורית היה 65.8 ± 5.5%. הבדל של 4.9% נצפתה חמצון המדידות עורית רקמות בתוך ומחוץ לאזור הדיו מצוירים על העור. איור 6. ההשפעה של שינויי צבע עור מדומה על האמינות של מדידות עורית חמצון רקמות. הניתוח הסטטיסטי בוצע על מנת לקבוע את המשמעות של צבע העור משתנה מדומה מדידות חמצון הן עבור OxyVu ואת מערכות הדמיה CWC. עבור כל מערכת הדמיה, oxygenations בממוצע רקמה עורית חושבו ומחוצה הדיו מצוירים אזורים העור באופן אקראי על ידי בחירת 10 אזורים של עניין (ROIs) בכל אזור. השערת האפס שלנו היא כי שינוי צבע העור לא ישפיע על המדידה עורית חמצון רקמות. השערה זו null נבדק באמצעות מפות חמצון באיור 4 (כלומר, מדידות OxyVu) ו איור 5 (כלומר, מדידות CWC) בהתאמה. הסטודנטים של t-בדיקות מראים כי ערך p עבור מדידות OxyVu הוא הרבה פחות מ 0.001, רומז כי השערת האפס נדחית. לכן, שינוי צבע העור משפיעה על חמצון רקמות עורית מדידות במערכת OxyVu הדמיה. לעומת זאת, ערך p עבור מדידות CWC הוא 0.728, רומז את הסבירות כי שינוי צבע העור אינה משפיעה על חמצון רקמות עורית מדידות במערכת הדמיה CWC. איור 7. עורית חמצון הרקמות התמונות המתקבלות במערכת CWC במהלך hyperemia שלאחר occlusive תגובתי (PORH). PORH הבדיקה בוצעה על זרועו של הבאים נושא בריאים # 1. (א). תמונה אחת אורך הגל סולם אפור של הזרוע עם ארבעה סמנים נאמנות להציב לתמונה משותפת אחת. (ב) הבסיס ברקמה עורית המפה חמצון רכשה לפני חסימה בכלי הדם. (ג) רקמה עורית חמצון המפה אחרי חסימה בכלי הדם (הלחץ הסיסטולי + 50mmHg) במשך 2 דקות. (ד) רקמה עורית חמצון המפה לאחר hyperemia תגובתי. שינויים משמעותיים חמצון רקמה עורית נצפו לפני, במהלך, ואחרי חסימה בכלי הדם. איור 8. חמצן פרמטרים רקמות מעקב רציף במהלך הבדיקה PORH. פרוטוקול הבדיקה (א) מראה תקופה של הבסיס טרום חסימה, ואחריה תקופת חסימה suprasystolic, ולסיים עם תקופה hyperemia תגובתי. ההיסטוריה של משך עורית חמצון הרקמה הליך PORH היא להתוות (ב). זה היה מתקבל על ידי ממוצעים של אזור נבחר בעלי עניין (ROI) של המפה עורית CWC חמצון. אנחנו גם אחר חמצון רקמות עמוק על ידי oximeter רקמות OxiplexTS, כמו להתוות (ג). המתח transcutaneous חמצן לרקמות היה פיקוח גם על ידי מכשיר TCM ו להתוות (ד). המדידות CWC של חמצון הרקמות עורית בקנה אחד גם עם פרמטרים אחרים חמצן במהלך ההליך PORH. איור 9. תגובות רקמה עורית על לחצים שונים חסימת כלי הדם. תמונות Thermographic נרכשו מיד לאחר גירוי תרמי (כלומר, שקית מים בטמפרטורת החדר 25 ° C) הוסר יד שמאל של הנבדק. הציר האופקי תואמת את נקודות זמן שונות לאחר גירוי תרמי הוסר. הציר האנכי תואמת את 4 רמות של לחצים בעקבות חסימה בכלי הדם: 0 (אין חסימה), 0.5DBP, 0.5 (DBP + SBP), 1.5SBP, שם DBP הוא לחץ הדם הדיאסטולי ו SBP הוא לחץ דם סיסטולי. לגבי הנושא הספציפי הזה, DBP הוא 69mmHg ו SBP הוא 123mmHg. תוצאות הבדיקה עולה כי הטמפרטורה ברקמה בתגובה לגירוי תרמי חיצוני היא בקורלציה עם רמה של חסימת כלי הדם. הגדלת הלחץ חסימה מפחית את שיעור התגובה תרמית. fig10.jpg "alt =" איור 10 "/> איור 10. שחזור מפות מדד כלי דם שונים לחצים חסימת כלי הדם. במדד תפקוד כלי הדם (v) כל פיקסל של התמונות thermographic נגזר על ידי רגרסיה רקמת עורית לשנות טמפרטורה (Δ T) נגד לשורש הריבועי של הזמן לאחר גירוי תרמי (√ t ): Δ √ t + K + ε, כאשר ε הוא שגיאה אקראי K הוא קבוע. מדד תפקוד כלי דם מפות משמאל לימין מתאימות לתנאי חסימה הבאים: (א) אין חסימה, (ב) 0.5DBP, (ג) 0.5 (DBP + SBP), (ד) 1.5SBP. לגבי הנושא הספציפי הזה, את לחץ הדם הדיאסטולי (DBP) הוא 69mmHg ואת לחץ הדם הסיסטולי (SBP) הוא 123mmHg. איור 11. המתאם בין מדד תפקוד כלי הדם ועל זלוף רקמות העור. קצה האצבע כלי הדם לתפקד בלחץ כל חסימה ב # 2 חושבה על ידי ממוצע לחמישה אזורים של עניין (ROIs) את מפת כלי הדם ברקמה המדד. זלוף רקמת העור נמדדה על ידי מכשיר לייזר דופלר באחת קצה האצבע. קצה האצבע בקורלציה עם כלי דם למדידת לייזר דופלר, המציין את הפוטנציאל של שימוש בשיטת thermographic דינמי הערכה כמותית של תפקוד רקמות כלי הדם. איור 12. . שיתוף תמונה תהליך רישום בשורה הראשונה, אנו מציגים: (א) את התמונה מנורמל, (ב) את האזור בקדמת מפולח, ו (ג) סמנים מפולח בתמונה תמונה. בשורה השנייה, אנו מציגים: (ד) את המפה זלוף מנורמל, (ה) את אזור חזית מפולח, ו – (ו) סמנים מפולח במפה זלוף. השינוי המאוחד בין שתי קבוצות של עמדות סמן חושבה. שיתוף התמונות רשום (g ו – ח) התקבלו על ידי הפיכת תמונה תמונה ואת המפה חמצן באמצעות שינוי המאוחד התאושש. איור 13. שיתוף רישום התוצאות. התמונה טרנספורמציה המפה חמצן, יחד עם המפה זלוף היו עמיתים רשומים המוצג כמפה חום. המפה חום (א) הוצג עם 100% של התמונה תמונה הפך בערוץ אדום, 100% של התמונה חמצן הפך בערוץ ירוק ו 50% של המפה זלוף בערוץ כחול. על מנת להמחיש את כלי טוב יותר, אנו מציגים גירסה אחרת של תוצאה שיתוף הרישום כמו (ב). מפת החום היה מורכב של 100% של התמונה תמונה הפך בערוץ אדומים, 50% חמצן התמונה הפכה בערוץ ירוק, ו 50% של המפה זלוף השתנה בערוץ כחול, שם את המפה מדד וסקולרית היתה הפוכה רק את המידע בתוך האזור חזית נשמר.