שיטה ממוחשבת לשחזור כדי לכמת את צפיפות נימים באמצעות 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 היא מתודולוגיה בלתי פולשני, יעילה, זולה יחסית וקלה ללמוד לישירות לדמיין את זרימת הדם. טכניקת capillaroscopy יכולה לספק תובנה בריאות כלי הדם של מטופל, מה שמוביל למגוון של דרמטולוגית ערך הפוטנציאלי, ophthalmologic, יישומים קליניים הראומטולוגיים ולב וכלי דם. בנוסף, הגידול עלול להיות תלוי באנגיוגנזה, שניתן על ידי מדידת צפיפות ונרשמת כלי-דם קטנים בתוך הגידול. עם זאת, יש מעט כרגע אין סטנדרטיזציה של שיטות, ופרסום אחד בלבד עד כה מדווח על מהימנותם של אלגוריתמים זמינים כרגע, מורכבים מבוססי מחשב לquantitating נתונים capillaroscopy. 1 מאמר זה מתאר אלגוריתם חדש, פשוט, אמין, נימים סטנדרטיות ספירה לquantitating נתונים capillaroscopy nailfold. אלגוריתם פשוט, לשחזור ממוחשב capillaroscopy כגון זה יקל יותרשימוש נרחב בטכניקה בקרב חוקרים וקלינאים. חוקרים רבים לנתח כרגע תמונות capillaroscopy ביד, קידום עייפות משתמש והסובייקטיביות של התוצאות. מאמר זה מתאר רומן, קל לשימוש אוטומטי אלגוריתם עיבוד תמונה בנוסף לאלגוריתם לשחזור, חצי אוטומטי ספירה. אלגוריתם זה מאפשר ניתוח של תמונות בדקות תוך הפחתת הסובייקטיביות; (בניסיון שלנו, פחות מ 1 HR) יש צורך בכמות מזערית בלבד של זמן אימון כדי ללמוד את הטכניקה.
Introduction
הדמיה כלי הדם הינה תחום צומח במהירות רב עם יישומים קליניים פוטנציאליים. 2 לדוגמא, אונקולוגים משתמשים הדמיה כלי-דם קטנים כדי לקבוע את היקף גידול אנגיוגנזה, מניב מידע רב ערך על המצב של הגידול ותובנה אפשרויות טיפול אפשריים. 3 4 עם זאת, capillaroscopy nailfold הוא אולי הצורה היעילה וישימה באופן נרחב ביותר מבחינת העלות של הדמיה כלי דם. חוקרים משתמשים capillaroscopy nailfold וידאו ללמוד שיעורי זרימת דם ולחקור מורפולוגיה נימים. 5 6 וידאו וcapillaroscopy nailfold עדיין תמונה שניהם נספחים לדאוג לאבחון וטיפול במחל רקמת החיבור של רנו תופעה ושונות כגון טרשת מערכתית. 2
יש capillaroscopy Nailfold יישומי לב וכלי דם פוטנציאליים שונים, כמו גם. capillaroscopy nailfold באמצעות מחקר הנוכחי מרמזשחולי סוכרת מסוג 1 וסוג 2 להפגין שכיחות גבוהה של מורפולוגיה נימים חריגה, עדיין יש לי צפיפות נימים ללא שינוי בהשוואה לאנשים שאינם סוכרתיים. 7-8 Capillaroscopy נחקר גם בניסוי בלחץ דם. ואקום נימים מבני שהוביל לצפיפות נימים מופחתת הודגם אצל אנשים עם יתר לחץ דם בהשוואה לאנשים שאינם יתר לחץ דם. 9-10 בניגוד לחולים עם יתר לחץ דם המבוגרים אלה (גיל ממוצע 40 ומעלה) שמפגינים ואקום מבני, מחקר שנעשה לאחרונה הראה כי יותר חולים עם יתר לחץ דם צעיר (ממוצע גיל ישן מתחת לגיל 40 שנים) יש לי ואקום פונקציונלי ללא ואקום מבני. 11 הדבר מצביע על כך ואקום פונקציונלי מתרחש לפני ועלול להתקדם לאורך זמן לואקום מבני.
מעניין לציין, חולים עם יתר לחץ דם שטופלו בתרופות להורדת לחץ דם ספציפיות כגון Perindopril / indapamide מוצג נורמהצפיפות אל נימים ותפקוד האנדותל לאחר טיפול, ואילו אלו שטופלו בACE (אנגיוטנסין-המרת אנזים) מעכבים או משתנים נשמרו צפיפות נימים נמוכה למרות שליטה להשוות את לחץ דם. 12 הדבר מצביעים על כך כמה תרופות להורדת לחץ דם עשויות לנרמל צפיפות נימים על ידי היפוך הנימים ואקום שנגרם על ידי יתר לחץ דם. בנוסף, חוקרים אחרים הראו כי הפחתה בצריכת המלח מובילה להיפוך של שני ואקום הנימים הפונקציונלי והמבני באנשים עם יתר לחץ דם. 13
למרות פוטנציאל היישומים הקליניים השונים של טכנולוגיה זו, יש סטנדרטיזציה קטנה בטכניקה לquantitating תמונות צפיפות נימים. 2 עד כה, חוקרים מצאו כי תוצאות צפיפות נימים הן שחזור משני פנים משקיף ופרספקטיבה בין-משקיף רק אם מדויק אותו אזור נמצא נספר בכל פעם. 1,14 15 </sup> שים לב, חוקרים קודמים ביצעו במידה רבה ספירת נימים באמצעות בעין בלתי מזוינת, 9 16 17 18 שהיא תהליך איטי וסובייקטיבי ידני.
אלגוריתמים לכימות של תמונות נימים סטנדרטיים, מחשב מבוסס תיאורטית לספק ניתוח נתונים יעיל יותר ועם פחות לשחזור הסובייקטיביות, להקל יישומים קליניים של capillaroscopy. חלק מהחוקרים השתמשו אכן תוכניות מבוססות מחשב כדי לכמת את הנתונים מתמונות capillaroscopic nailfold. 1,6 19 20 עם זאת, פרסום אחד בלבד עד כה מתאר אמינות של תוכנה מורכבת זמינה עבור quantitating נתונים capillaroscopy, 1 ותכנית זו היא מסובכת כ בעבר ציין לעיל על ידי הדרישה לספור בדיוק את אותו שדה הראייה. כאן, אנו מציגים פרוטוקול פשוט, אמין לquantitating נימים באמצעות אלגוריתם סטנדרטי המאפשר להשימוש בשדות ראייה מרובים. השימוש בשדות ראייה מרובים מפשט לא רק את ההליך, אלא גם מאפשר ההערכה של שונות ביולוגיות נורמליות בספירת נימים.
מטרת מחקר זה היא לתאר אלגוריתם מבוסס מחשב לשחזור והיעיל אשר סטנדרטיזציה תהליך כימות הנימים. בעוד שיטות אלה אינן אוטומטיים לחלוטין שהם דורשים קלט משתמש קטן מאוד, ולספק quantitation המהיר ואמין של התמונות.
Protocol
Representative Results
Discussion
capillaroscopy Nailfold מראה הבטחה ככלי שימושי קליני בעתיד לאונקולוגיה שונות, לב וכלי דם, ויישומי מחלה הראומטולוגיים. תהליך רכישת תמונה הוא עקבי למדי בקרב חוקרים, עדיין יש כיום מספר שיטות לעיבוד תמונה וניתוח. שיטות כוללות כיום ספירת נימים ממוחשבת וידנית. ספירה ידנית הן בעייתיו?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This project was supported by Grant Numbers HL96593 from NIH and D56HP20783 from HRSA/ HHS. Its contents are solely the responsibility of the authors and do not necessarily represent the official views of the NIH or HRSA / HHS.
Materials
| Image-Pro Premier | Media Cybernetics, Inc | 9.1 | Image processing software |
Riferimenti
- Gronenschild, E. H., et al. Semi-automatic assessment of skin capillary density: proof of principle and validation. Microvasc Res. 90, 192-198 (2013).
- Allen, J., Howell, K. Microvascular imaging: techniques and opportunities for clinical physiological measurements. Physiol Meas. 35, R91-R141 (2014).
- Boettcher, M., Gloe, T., de Wit, C. Semiautomatic quantification of angiogenesis. J Surg Res. 162, 132-139 (2010).
- Wild, R., Ramakrishnan, S., Sedgewick, J., Griffioen, A. W. Quantitative assessment of angiogenesis and tumor vessel architecture by computer-assisted digital image analysis: effects of VEGF-toxin conjugate on tumor microvessel density. Microvasc Res. 59, 368-376 (2000).
- Tresadern, P. A., et al. Simulating nailfold capillaroscopy sequences to evaluate algorithms for blood flow estimation. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. , 2636-2639 (2013).
- Anderson, M. E., et al. Computerized nailfold video capillaroscopy–a new tool for assessment of Raynaud’s phenomenon. J Rheumatol. 32, 841-848 (2005).
- Neubauer-Geryk, J., et al. Decreased reactivity of skin microcirculation in response to L-arginine in later-onset type 1 diabetes. Diabetes Care. 36, 950-956 (2013).
- Pazos-Moura, C. C., Moura, E. G., Bouskela, E., Torres-Filho, I. P., Breitenbach, M. M. Nailfold capillaroscopy in diabetes mellitus: morphological abnormalities and relationship with microangiopathy. Braz J Med Biol Res. 20, 777-780 (1987).
- Antonios, T. F., Singer, D. R., Markandu, N. D., Mortimer, P. S., MacGregor, G. A. Structural skin capillary rarefaction in essential hypertension. Hypertension. 33, 998-1001 (1999).
- Kaiser, S. E., Sanjuliani, A. F., Estato, V., Gomes, M. B., Tibirica, E. Antihypertensive treatment improves microvascular rarefaction and reactivity in low-risk hypertensive individuals. Microcirculation. 20, 703-716 (2013).
- Cheng, C., Diamond, J. J., Falkner, B. Functional capillary rarefaction in mild blood pressure elevation. Clinical and Translational Science. 1, 75-79 (2008).
- Debbabi, H., Bonnin, P., Levy, B. I. Effects of blood pressure control with perindopril/indapamide on the microcirculation in hypertensive patients. Am J Hypertens. 23, 1136-1143 (2010).
- He, F. J., Marciniak, M., Markandu, N. D., Antonios, T. F., MacGregor, G. A. Effect of modest salt reduction on skin capillary rarefaction in white, black, and Asian individuals with mild hypertension. Hypertension. 56, 253-259 (2010).
- Murray, A. K., et al. The influence of measurement location on reliability of quantitative nailfold videocapillaroscopy in patients with SSc. Rheumatology (Oxford). 51, 1323-1330 (2012).
- Ingegnoli, F., et al. Feasibility of different capillaroscopic measures for identifying nailfold microvascular alterations. Semin Arthritis Rheum. 38, 289-295 (2009).
- Debbabi, H., et al. Increased skin capillary density in treated essential hypertensive patients. Am J Hypertens. 19, 477-483 (2006).
- Serne, E. H., et al. Impaired skin capillary recruitment in essential hypertension is caused by both functional and structural capillary rarefaction. Hypertension. 38, 238-242 (2001).
- Shore, A. C. Capillaroscopy and the measurement of capillary pressure. Br J Clin Pharmacol. 50, 501-513 (2000).
- Rieder, M. J., O’Drobinak, D. M., Greene, A. S. A computerized method for determination of microvascular density. Microvasc Res. 49, 180-189 (1995).
- Vermeulen, P. B., et al. Quantification of angiogenesis in solid human tumours: an international consensus on the methodology and criteria of evaluation. Eur J Cancer. 32A, 2474-2484 (1996).
- Cheng, C., Daskalakis, C., Falkner, B. Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function. Journal of Visualized Experiments. , (2012).
- Antonios, T. F., et al. Maximization of skin capillaries during intravital video-microscopy in essential hypertension: comparison between venous congestion, reactive hyperaemia and core heat load tests. Clin Sci (Lond). 97, 523-528 (1999).
