En Reproducerbar Datoriserad metod för kvantifiering kapillärtäthet använder Nailfold Capillaroscopy

Summary

Capillaroscopy is a non-invasive, efficient, relatively inexpensive and easy-to-learn methodology for directly visualizing capillaries in the microcirculation. However, only one publication to date describes the reliability of a complex software program available for quantitating capillaroscopy data. Here, we present a simple, reliable protocol for quantitating capillaries using a standardized algorithm.

Abstract

Capillaroscopy är en icke-invasiv, effektiv, relativt billig och lätt att lära metod för direkt visualisering av mikrocirkulationen. Den capillaroscopy teknik kan ge insikt i patientens mikrovaskulära hälsa, vilket leder till en rad olika potentiellt värdefulla dermatologiska, oftalmologisk, reumatologiska och kardiovaskulära kliniska tillämpningar. Dessutom kan tumörväxt vara beroende av angiogenes, vilket kan kvantifieras genom mätning av mikrokärlsdensitet inuti tumören. Det finns dock för närvarande liten eller ingen standardisering av teknik, och bara en publikation hittills rapporterar tillförlitligheten hos en för närvarande tillgängliga, komplexa datorbaserade algoritmer för att kvantifiera capillaroscopy uppgifter. ¹ Detta dokument beskriver ett nytt, enklare, tillförlitlig, standardiserad kapillär räknar algoritm för kvantifiering nailfold capillaroscopy data. En enkel, reproducerbar datoriserad capillaroscopy algoritm som detta skulle underlätta merutbredd användning av tekniken bland forskare och kliniker. Många forskare för närvarande analyserar capillaroscopy bilder för hand, att främja användar trötthet och subjektivitet av resultaten. Detta dokument beskriver en ny, enkel att använda automatiserad bildbehandlingsalgoritm förutom en reproducerbar, halvautomatiserad räkningsalgoritm. Denna algoritm möjliggör analys av bilder på några minuter samtidigt minska subjektivitet; endast en minimal mängd av träningstiden (i vår erfarenhet, mindre än en timme) behövs för att lära sig tekniken.

Introduction

Mikrovaskulära avbildning är ett snabbt växande område med många potentiella kliniska tillämpningar. ² Till exempel, onkologer använder mikrokärls bildbehandling för att fastställa omfattningen av blodkärl i tumören, vilket ger värdefull information om tillståndet i tumören och insikt i möjliga behandlingsalternativ. ^{3 4} emellertid nailfold capillaroscopy är kanske den mest kostnadseffektiva och allmänt tillämplig form av mikrovaskulär avbildning. Forskare använder video nailfold capillaroscopy att studera blodflöden och undersöka kapillär morfologi. ^{5 6} Både video och stillbilder nailfold capillaroscopy är komplement till vård för att diagnostisera och behandla Raynauds fenomen och olika bindvävssjukdomar såsom systemisk skleros. ²

Nailfold capillaroscopy har olika potentiella kardiovaskulära tillämpningar. Aktuell forskning med nailfold capillaroscopy föreslåratt diabetes mellitus typ 1 och typ 2 patienter uppvisar en hög förekomst av onormal kapillär morfologi, men har oförändrade kapillära densiteter jämfört med icke-diabetiker. ^7-8 Capillaroscopy har också studerats experimentellt vid hypertoni. Struktur kapillär förtunning leder till en minskad kapillärtäthet har visats hos hypertensiva personer jämfört med icke-hypertensiva individer. ^9-10 I motsats till dessa äldre patienter med högt blodtryck (medelålder 40 och uppåt) som uppvisar strukturell förtunning, har senare forskning visat att yngre patienter med högt blodtryck (medelålder under 40 år) har funktionell förtunning utan strukturell förtunning. ¹¹ Detta tyder på att funktions förtunning sker innan och kan utvecklas över tiden till struktur förtunning.

Intressant, hypertonipatienter som behandlats med vissa antihypertensiva läkemedel såsom Perindopril / Indapamide visas normal kapillär densitet och endotelfunktion efter behandling, medan de som behandlats med ACE (angiotensin converting enzym-hämmare) eller diuretika haft en låg kapillärtäthet trots jämförbara blodtryckskontroll. ¹² Detta tyder på att vissa blodtryckssänkande mediciner kan normalisera kapillärtäthet genom att vända på kapillär förtunning orsakad av högt blodtryck. Dessutom har andra forskare visat att en sänkning av saltintag leder till återföring av både funktionell och strukturell kapillär FÖRTUNNANDE hos hypertensiva individer. ¹³

Trots de olika potentiella kliniska tillämpningar av denna teknik, finns det inte mycket standardisering teknik för kvantifiering kapillärtäthet bilder. ² Hittills har forskarna funnit att kapillärtäthet resultat reproducerbara från både inom observatör och inter-observatör perspektiv endast om det exakta samma område räknas varje gång. ^{1,14 15} </sup> Notera har tidigare forskare till stor del utförs kapillära räknas manuellt med hjälp av blotta ögat, ^{9 16 17 18,} som är en långsam och subjektiv process.

Standardiserade datorbaserade algoritmer för kvantifiering av kapillära bilder teoretiskt ge mer effektiv och reproducerbar analys av data med mindre subjektivitet, underlättar kliniska tillämpningar av capillaroscopy. Vissa forskare har faktiskt använt datorbaserade program för att kvantifiera data från nailfold capillaroscopic bilder. ^{1,6 19 20} är dock bara en publikation hittills beskriver tillförlitligheten hos en komplex programvara för kvantifiering capillaroscopy uppgifter, ^{1 och} detta program komplicerat tidigare noterats ovan av kravet att räkna exakt samma synfält. Här presenterar vi en enklare, pålitlig protokoll för kvantifiering kapillärer med ett standardiserat algoritm som gör det möjligt föranvändningen av multipla visuella fält. Användningen av multipla visuella fält förenklar inte bara förfarandet utan tillåter även en bedömning av normal biologisk variation i kapillär räknas.

Syftet med denna studie är att beskriva en reproducerbar och effektiv datorbaserad algoritm som standardiserar kapillär kvantifiering processen. Även om dessa metoder inte är helt automatiserade de kräver mycket lite användarinmatning, och ger snabb och tillförlitlig kvantifiering av bilderna.

Protocol

Obs: Förvärvsprocessen för att erhålla kapillära bilder har tidigare publicerats och sker med hjälp av en ännu digitalkamera med en motsvarande bild insamling och analys datorprogram 11 21 Denna labb använder stillbilder för analys, inte video, förenklar bildtagning för analys.. Följande beskriver den nya tekniken för kvantifiering kapillärerna från bilderna. 1. Bildförbättring Process Skaffa digitala bilder med en svartvit digitalkamera. Kalibre…

Representative Results

Målet med detta förfarande bildbehandling är att skilja kapillärerna från bakgrundsbilden så att de kan exakt kvantifieras. Både ofullständig bildbehandling och överdriven bildbehandling är skadliga för programmets förmåga att kvantifiera kapillärerna. Såsom framgår av fig 3, gör kapillärerna svårt att skilja från bakgrunden ofullständig bildbehandling. Det är kritiskt att användaren lätt kunna särskilja gränsen till en kapillär sedan räknar metod som beskriv…

Discussion

Nailfold capillaroscopy visar löfte som en kliniskt användbart verktyg i framtiden för olika onkologi, hjärt- och applikationer reumatologiska sjukdomar. Bildförvärvsprocessen är ganska konsekvent bland forskare, men det finns för närvarande flera metoder för bildbehandling och analys. Metoder inkluderar för närvarande datoriserade och manuella kapillära räknas. Manuella räkningar är problematiska eftersom de är tidskrävande, och under förutsättning att användar subjektivitet och trötthet. Aktuell …

Materials

Image-Pro Premier

Media Cybernetics, Inc

9.1

Image processing software