デュアルモードのイメージングシステムは、皮膚組織の酸素化と血管機能の非接触評価のために開発されました。
皮膚組織の酸素化と血管機能の正確な評価は、適切な検出、ステージング、およびそのような慢性創傷のような多くの健康障害の治療のために重要です。我々は、皮膚組織の酸素化と血管機能の非侵襲的および非接触イメージングのためのデュアルモードイメージングシステムの開発について報告する。撮像システムは、赤外線カメラ、CCDカメラ、液晶チューナブルフィルタと高輝度のファイバ光源を統合。 LabVIEWのインタフェースは、機器の制御、同期、画像取り込み、処理、および視覚化のためにプログラムされました。 CCDカメラで撮影したマルチスペクトル画像は、組織の酸素化マップを再構築するために使用されていました。赤外線カメラで撮影された、動的サーモグラフィの画像は、血管機能のマップを再構築するために使用されていました。皮膚組織の酸素化と血管機能のイメージは、受託者のマーカーを介して共同で登録された。デュアルモードの画像システムの性能特性は、ヒトで試験した。
酸素は、ヘモグロビンやミオグロビン結合酸素、溶存酸素、および活性酸素種などの複数のフォームで生体組織に存在する。酸素の輸送は、組織の生存性と正常な代謝過程3を維持する上で重要な役割を果たしている。中等度の低酸素症への急性軽度の代謝的適応、血管調節、および血管新生応答4を開始します。極端な低酸素および無酸素症は、不十分な血管新生や細胞死につながる。限られた酸素供給と増加酸素需要との間の不均衡は、このような慢性創傷5など多くの疾患の主要な原因となる要因の一つです。虚血性創傷の場合には、酸素供給は、灌流の不足によって制限され、治癒過程の代謝要求を満たすと感染との戦いを目的とした呼吸バースト機能を妥協することはできません。皮膚組織の酸素化と血管機能の同時評価は、慢性の創傷管理における臨床的意義を持っています。
ハイパースペクトルイメージング技術は、照明組織が 皮膚組織の酸素化を推定し、異なる波長6で組織の反射率を検出する。ハイパースペクトルイメージングの一つの大きな利点は、非侵襲的および組織機能的特性の非接触検出です。しかし、多くのハイパースペクトルイメージングシステムのための酸素の測定の信頼性は、肌の色と他のバックグラウンド吸収の変動の影響を受けます。ワイドギャップ二次導関数分光法は、散乱と皮膚の色素沈着1のわずかな影響で組織の酸素化の測定のために以前に開発されました。我々は、マルチスペクトル画像に二次微分分光法の原理を適用し、シミュレートされた皮膚の色の変化と独立した皮膚組織の酸素化の一貫性のある測定を示した。
組織灌流は、以前は次の組織の熱拡散率7を測定することによって検討した。単一のフードメソッドは皮膚組織の熱慣性分布8を推定するために熱刺激や画像の組織の動的応答を導入するために開発されました。動脈カフの閉塞を受ける人間の前腕の皮膚上での実験では血流の閉塞8より前および実行中にレーザードップラーイメージャーで測定した熱慣性と血液灌流の間に直線関係を示した。集中生体熱モデルは、静脈閉塞プレチスモグラフィー9時の指先の血管の反応性を推定するために使用されました。上記のような努力にもかかわらず、皮膚温度の測定値から定量化する皮膚の血液灌流が原因感度の欠如、皮下脂肪の厚さに依存し、そしてそのような血管収縮、血管拡張、およびモーションアーチファクト10のような他の要因から困難である。このプロトコルでは、我々は室温で熱刺激に反応して組織の温度のダイナミクスをキャプチャするために赤外線カメラを使用。熱刺激は、血管収縮と血管拡張の効果が最小化されたように選択されました。さらにモデリングと測定の努力は、血管機能のインデックスと皮膚組織の血流の間に信頼性の高い定量的な相関関係を描くために必要です。
#3では、我々は共同登録作業のためのアフィン変換を使用していました。しかし、二つのカメラが3D空間での異なる角度で配置されていることを考えると、それは、2つのカメラ間の3D変換に関連する変換を適用するために潜在的に、より正確です。現在我々は、エピポーラ幾何を用いて、3D空間でカメラの外部キャリブレーションを含む、その方向で検討している。
The authors have nothing to disclose.
NIHの賞RO1 HL073087、GM 077185、およびCKSのGM 069589によってサポートされています。仕事はまたDHLRIの再生医療のプログラムからの助成金によってサポートされています。博士Sabyasachi.Biswas(包括的な創傷センター)、博士アリソンSpiwak(循環技術部門)、ジョセフAgoston(循環課)、トーマ:著者は、技術サポートおよびオハイオ州立大学の以下の担当者からの臨床の入力に感謝しています置き、結束繊維(循環課)、ジョセフユーイング(機械工学)、スコットKillinger(機械工学)、および消音のGe(電気工学)。
Material Name | Tipo | Company | Catalogue Number | Comment |
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Higgins Calligraphy waterproof black ink | Sanford | 44314 | diluted to 1% | |
Hamamatsu ORCA ER deep cooling CCD camera | Hamamatsu, Bridgewater, NJ | C4742-80-12AG | ||
Varispec SNIR liquid crystal tunable filter | Cambridge Research Inc., Cambridge, MA | VIS-10-HC-20 | ||
ThermoVision A40 infrared camera | FLIR Systems Inc.,Sweden | A40 | ||
Thorlabs OSL1 high intensity fiber light source | Thorlabs | OSL1 |