双模式成像系统开发的非接触的皮肤组织氧合和血管功能的评估。
相应的检测,分期,和许多健康疾病,如慢性伤口治疗,皮肤组织氧合和血管功能的准确评估是很重要的。我们报告一个非侵入性和非接触的皮肤组织氧合和血管功能成像双模成像系统的发展。成像系统集成的红外摄像机,CCD相机,液晶可调谐滤波器和高强度纤维光源。一个LabVIEW接口设备的控制,同步,图像采集,处理和可视化编程。 CCD相机所拍摄的多光谱图像被用来重建组织氧合图。分别用红外相机拍摄的动态热成像图像重建血管的功能图。皮肤组织氧合和血管功能图像共通过受托标记注册。在人类的双模影像系统的性能特点进行了测试。
氧气存在多种形式,如血红蛋白或肌红蛋白的约束的氧,溶解氧,活性氧的生物组织。氧的运输起着至关重要的作用,在保持组织的活力和正常的代谢过程3。急性轻度至中度缺氧,会主动适应代谢,血管调节,4血管生成的响应。极度缺氧,缺氧会导致足够的血管生成和细胞死亡。有限的氧气供应和增加氧气需求之间的不平衡是主要的致病因素之一,许多疾病 ,如慢性伤口5。在缺血性创面的情况下,氧气供应是有限的灌注不足,不能满足愈合过程中的代谢需要,旨在抵抗感染损害呼吸爆发功能。同时,皮肤组织氧合和血管功能的评估在慢性创面管理的临床意义。
高光谱成像技术估计照明组织皮肤组织氧合检测组织在6个不同的波长的反射率。高光谱成像的主要优势之一就是非侵入性和非接触式检测组织的功能特性。然而,许多高光谱成像系统中的氧气测量的可靠性是影响皮肤颜色和其他背景吸收变化。宽缝隙二阶导数光谱测量组织氧合以前散射和皮肤色素沉着1的影响最小。我们采用的二阶导数光谱的原则,多光谱成像和皮肤组织氧合独立与模拟皮肤颜色的变化表现出一致的测量。
组织灌注以前通过测量组织热扩散7的研究。一个单罩的方法是引入热刺激和图像组织的动态响应,以估计的皮肤组织的热惯性分布 8 。对人体前臂的皮肤受到袖口闭塞动脉的实验表明热惯量和血液灌流用激光多普勒成像测量之前和期间血流 8之间的线性关系。集中的bioheat模式也被用来估计在 9静脉闭塞体积描记法的指尖血管反应性。尽管上述努力,量化的皮肤,从皮肤温度测量血液灌流是具有挑战性的,因为缺乏敏感性,皮下脂肪厚度的依赖,和其他促成因素,如血管收缩,血管扩张,和运动伪影10。在这个协议中,我们使用了红外摄像头捕捉到组织温度变化的反应在室温下的热刺激。被选中的热刺激,使血管收缩和血管扩张的影响减少到最低限度。进一步的建模和测量工作是必要的,以划定之间的血管功能指数和皮肤组织灌注的一个可靠的定量关系。
#3,我们使用的仿射变换的共同登记任务。然而,鉴于这两个相机都用不同的角度在三维空间中的定位,它是申请有关的两个摄像机之间的3D转换的转型可能更准确。目前,我们正在探索这个方向涉及的相机使用极线几何在三维空间的外在校准。
The authors have nothing to disclose.
由美国国立卫生研究院奖励RO1 HL073087,通用汽车公司077185,和通用汽车069589到中正支持。这项工作也从再生医学的DHLRI计划的拨款支持。作者感谢的技术支持和临床投入在美国俄亥俄州立大学的下列人员:(综合伤口中心)博士Sabyasachi.Biswas,博士阿利森Spiwak(循环技术部),约瑟夫Agoston(流通部),托马Shives(流通部),约瑟夫尤因(机械工程),斯科特Killinger(机械工程),和小尹戈(电气工程)。
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 |