Een reproduceerbare geautomatiseerde methode voor kwantificering van capillaire dichtheid gebruik 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 is een niet-invasieve, efficiënte, betrekkelijk goedkoop en gemakkelijk te leren methode voor het direct visualiseren van de microcirculatie. De capillaroscopy techniek kan inzicht verschaffen in microvasculaire gezondheid van een patiënt, waardoor verschillende potentieel waardevolle dermatologische, oogheelkundig, reumatologische en cardiovasculaire klinische toepassingen. Bovendien kan tumorgroei afhankelijk zijn van angiogenese, welke kan worden gekwantificeerd door het meten van de dichtheid van microvaten in de tumor. Er is echter nog weinig tot geen normalisatie technieken, en slechts één publicatie date meldt de betrouwbaarheid van de momenteel beschikbare complexe computer gebaseerde algoritmen voor het kwantificeren capillaroscopy data. 1 Dit document beschrijft een nieuwe, eenvoudigere, betrouwbare, gestandaardiseerde capillaire tellen algoritme voor het kwantificeren nailfold capillaroscopy data. Een eenvoudige, reproduceerbare geautomatiseerde capillaroscopy algoritme zoals dit meer zou vergemakkelijkenwijdverbreide gebruik van deze techniek bij onderzoekers en clinici. Veel onderzoekers momenteel analyseren capillaroscopy beelden met de hand, het bevorderen van vermoeidheid van de gebruiker en de subjectiviteit van de resultaten. Dit document beschrijft een nieuw, eenvoudig te gebruiken automatische beeldverwerkingsalgoritme naast een reproduceerbare, semi-geautomatiseerde telling algoritme. Dit algoritme maakt analyse van de beelden in minuten, terwijl het verminderen van de subjectiviteit; slechts een minimale hoeveelheid trainingstijd (in onze ervaring, minder dan 1 uur) nodig om de techniek te leren.
Introduction
Microvasculaire beeldvorming is een snel groeiende veld met veel potentiële klinische toepassingen. 2 bijvoorbeeld, oncologen gebruikt microvessel beeldvorming om de omvang van de tumor angiogenese, waardoor waardevolle informatie over de stand van de tumor en inzicht in mogelijke behandelingen. 3 4 Echter, nailfold capillaroscopy is misschien wel de meest kostenefficiënte en breed toepasbaar vorm van microvasculaire beeldvorming. Onderzoekers zijn met behulp van video nailfold capillaroscopy om de bloedstroom tarieven bestuderen en onderzoeken capillaire morfologie. 5 6 Zowel video en foto-foto nailfold capillaroscopy zijn adjuncten om de zorg voor de diagnose en de behandeling van het fenomeen van Raynaud en diverse bindweefselziekten zoals systemische sclerose. 2
Nailfold capillaroscopy heeft verschillende potentiële cardiovasculaire toepassingen. Lopend onderzoek met behulp van nailfold capillaroscopy suggereertdat diabetes mellitus type 1 en type 2 patiënten vertonen een hoge prevalentie van abnormale capillaire morfologie, nog ongewijzigd capillaire dichtheden in vergelijking met niet-diabetische individuen. 7-8 Capillaroscopy is ook onderzocht experimenteel hypertensie. Structurele capillaire verdunning leidt tot een verminderde capillaire dichtheid is aangetoond bij hypertensieve individuen in vergelijking met niet-hypertensieve individuen. 9-10 In tegenstelling tot deze oudere hypertensieve patiënten (gemiddelde leeftijd 40 en hoger) die structureel verdunning vertonen, is recenter onderzoek aangetoond dat jongere hypertensieve patiënten (gemiddelde leeftijd onder de 40 jaar oud) hebben een functionele verdunning zonder structurele verdunning. 11 Dit suggereert dat functionele verdunning plaatsvindt vóór en kunnen na verloop van tijd ontwikkelen tot structurele verdunning.
Interessant hypertensieve patiënten die bepaalde antihypertensiva zoals Perindopril / Indapamide getoond normal capillaire dichtheid en endotheel functie na behandeling, terwijl die behandeld werden met ACE (angiotensine-converting-enzym) remmers of diuretica onderhouden een lage capillaire dichtheid ondanks een vergelijkbare controle van de bloeddruk. 12 Dit suggereert dat sommige bloeddrukverlagende medicijnen capillaire dichtheid kan normaliseren door het omkeren van de capillaire verdunning veroorzaakt door hypertensie. Bovendien hebben andere onderzoekers aangetoond dat een verlaging van de zoutinname leidt tot omkering van zowel functionele als structurele capillaire verdunning bij hypertensieve individuen. 13
Ondanks de diverse potentiële klinische toepassingen van deze technologie, is er weinig standaardisatie techniek voor het kwantificeren van capillaire beelden density. 2 Tot op heden hebben onderzoekers gevonden dat de resultaten capillaire dichtheid reproduceerbaar zowel een intra-observer en inter-observatorperspectief indien de exacte hetzelfde gebied wordt geteld elke keer. 1,14 15 </sup> Van de nota, hebben eerdere onderzoekers grotendeels uitgevoerd capillaire tellingen handmatig met het blote oog, 9 16 17 18 dat is een traag en subjectief proces.
Gestandaardiseerde, computer gebaseerde algoritmen voor kwantificering van capillaire beelden theoretisch een efficiëntere en reproduceerbare data-analyse met minder subjectiviteit, het vergemakkelijken van klinische toepassingen van capillaroscopy. Sommige onderzoekers hebben inderdaad gebruikt computergebaseerde's om de gegevens te kwantificeren van nailfold capillaroscopic afbeeldingen. 1,6 19 20 Slechts één publicatie actueel beschrijft betrouwbaarheid van een complex softwareprogramma vindt kwantificeren capillaroscopy gegevens 1 en dit programma wordt bemoeilijkt doordat eerder hierboven vermeld door de eis om de exacte hetzelfde gezichtsveld tellen. Hier presenteren we een eenvoudige, betrouwbaar protocol voor het kwantificeren van capillairen in genormaliseerde algoritme die het mogelijk maakthet gebruik van meerdere gezichtsvelden. Het gebruik van meerdere gezichtsvelden vereenvoudigt niet alleen de procedure, maar maakt ook de beoordeling van normale biologische variatie capillaire tellen.
Het doel van dit onderzoek is om een reproduceerbare en efficiënte gecomputeriseerde algoritme dat de capillaire kwantificering gestandaardiseerd proces te beschrijven. Hoewel deze methoden niet volledig geautomatiseerd zij vereisen zeer weinig invoer van de gebruiker, en snelle en betrouwbare kwantificering van de beelden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nailfold capillaroscopy toont belofte als een klinisch bruikbaar instrument in de toekomst voor verschillende oncologie, cardiovasculaire en reumatologische ziekte toepassingen. Het beeld acquisitie proces is vrij consistent tussen onderzoekers, maar er zijn meerdere methoden voor het verwerken en analyseren. Methoden die momenteel onder meer geautomatiseerd en handmatig capillaire telt. Handmatige tellingen zijn problematisch als ze zijn tijdrovend, en onder voorbehoud van de gebruiker subjectiviteit en vermoeidheid. H…
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).
