En reproduserbar Datastyrt metode for kvantifisering av kapillær tetthet ved hjelp 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 er en ikke-invasiv, effektiv, forholdsvis billig og lett å lære metode for direkte visualisering av mikrosirkulasjonen. Den capillaroscopy teknikken kan gi innsikt i pasientens mikrovaskulær helse, som fører til en rekke potensielt verdifull dermatologiske, øyelege, revmatologiske og kardiovaskulære kliniske applikasjoner. I tillegg kan tumorvekst være avhengig av angiogenese, som kan bli kvantifisert ved å måle microvessel tettheten i tumoren. Men det er foreløpig liten eller ingen standardisering av teknikker, og bare én utgivelse til dags dato rapporterer påliteligheten av noen tilgjengelige, komplekse databaserte algoritmer for kvantifisering capillaroscopy data. ¹ Dette notatet beskriver en ny, enklere, pålitelig, standardisert kapillær telling algoritme for kvantifisering nailfold capillaroscopy data. En enkel, reproduserbar data capillaroscopy algoritme som dette vil lette merutbredt bruk av teknikken blant forskere og klinikere. Mange forskere i dag analysere capillaroscopy bilder hånd, fremme bruker tretthet og subjektivitet av resultatene. Dette notatet beskriver en roman, lett-å-bruke automatisert bildebehandling algoritmen i tillegg til en reproduserbar, semi-automatisert telling algoritme. Denne algoritmen muliggjør analyse av bilder i løpet av minutter og samtidig redusere subjektivitet; bare en minimal mengde trening tid (i vår erfaring, mindre enn 1 time) er nødvendig for å lære teknikken.

Introduction

Microvascular bildebehandling er en raskt voksende felt med mange potensielle kliniske applikasjoner. ^{2 For} eksempel, onkologer bruker microvessel bildebehandling for å fastslå omfanget av tumor angiogenese, noe som gir verdifull informasjon om tilstanden av svulsten og innsikt i mulige behandlingsalternativer. ^{3 4} Men nailfold capillaroscopy er kanskje den mest kostnadseffektive og allment gjeldende form av mikrovaskulær bildebehandling. Forskere bruker video nailfold capillaroscopy å studere blodstrømningsrater og undersøke kapillær morfologi. ^{5 6} Både video og stillbilder nailfold capillaroscopy er supplementer til omsorg for diagnostisering og behandling av Raynauds fenomen og ulike bindevevssykdommer som systemisk sklerose. ²

Nailfold capillaroscopy har forskjellige potensielle hjerte-programmer også. Aktuell forskning ved hjelp nailfold capillaroscopy antyderat diabetes mellitus type 1 og type 2 pasienter viser en høy forekomst av unormal kapillær morfologi, men har uendret kapillær tetthet sammenlignet med ikke-diabetikere. ^7-8 Capillaroscopy har også blitt studert eksperimentelt i hypertensjon. Strukturelle kapillær vakuum, som fører til en redusert kapillær tetthet er påvist hos hypertensive individer sammenlignet med ikke-hypertensive individer. ^9-10 I motsetning til disse eldre hypertensive pasienter (gjennomsnittsalder 40 og over) som viser strukturelle vakuum, har nyere forskning vist at yngre hypertensive pasienter (gjennomsnittsalder under 40 år) har funksjonell vakuum, uten strukturell vakuum,. ¹¹ Dette tyder på at funksjonell vakuum, oppstår før og kan utvikle seg over tid til strukturelle vakuum,.

Interessant, hypertensive pasienter behandles med spesifikke blodtrykkssenkende medisiner som Perindopril / Indapamide vises normal kapillær tetthet og endotelfunksjon etter behandling, mens de som ble behandlet med ACE (angiotensin-converting-enzym) inhibitors eller diuretika holdt en lav kapillær tetthet tross sammenlignblodtrykkskontroll. ¹² Dette tyder på at enkelte blodtrykkssenkende medisiner kan normalisere kapillær tetthet ved å reversere kapillær vakuum, forårsaket av hypertensjon. I tillegg har andre forskere vist at en reduksjon i saltinntak fører til reversering av både funksjonell og strukturell kapillær vakuum, hos hypertensive personer. ¹³

Til tross for de ulike potensielle kliniske anvendelser av denne teknologien, er det lite standardisering i teknikk for kvantifisering av kapillær tetthet bilder. ² Hittil har forskere funnet ut at kapillær tetthet resultatene er reproduserbare fra både en intra-observatør og inter-observatør perspektiv bare hvis den eksakte samme område, telles hver gang. ^{1,14 15} </sup> Av notatet, har tidligere forskere i stor grad utført kapillær teller manuelt med det blotte øye, ^{9 16 17 18 som} er en langsom og subjektiv prosess.

Standardiserte, databaserte algoritmer for kvantifisering av kapillær bilder teoretisk gi mer effektiv og reproduserbar dataanalyse med mindre subjektivitet, tilrettelegging kliniske anvendelser av capillaroscopy. Enkelte forskere har faktisk brukt PC-baserte programmer for å kvantifisere data fra nailfold capillaroscopic bildene. ^{1,6 19 20} Men bare én publikasjon oppdatert beskriver påliteligheten av et komplekst program tilgjengelig for kvantifisering capillaroscopy ^data, 1 og dette programmet er komplisert som tidligere bemerket ovenfor ved kravet om å telle nøyaktig samme synsfeltet. Her presenterer vi en enklere, pålitelig protokoll for kvantifisering av kapillærer ved hjelp av en standardisert algoritme som gjør det mulig forbruken av flere visuelle felt. Bruken av flere synsfelt ikke bare forenkler fremgangsmåten, men også gjør det mulig å vurdere normale biologiske variasjonen i kapillar-teller.

Målet med denne studien er å beskrive en reproduserbar og effektiv databasert algoritme som standardiserer kapillær kvantifisering prosessen. Selv om disse metodene ikke er fullt automatisert de krever svært lite inndata fra brukeren, og gir en rask og pålitelig kvantifisering av bildene.

Protocol

Merk: anskaffelsesprosess for å oppnå kapillær bildene har tidligere vært publisert, og oppnås ved hjelp av en fortsatt digitalkamera med et tilsvarende bilde oppkjøpet og analyse dataprogram 11 21 Denne lab benytter stillbilder for analyse, ikke videoer, forenkle image oppkjøpet for analyse.. Følgende beskriver den nye teknikken for kvantifisering av kapillærene fra bildene. 1. Bildeforbedring Process Skaff digitale bilder med en monokrom digitalkamera….

Representative Results

Målet med dette bildebehandling prosedyren er å skille kapillærene fra bakgrunnsbildet, slik at de kan være nøyaktig kvantifisert. Både ufullstendig bildebehandling og overdreven bildebehandling er skadelig for programmets evne til å kvantifisere kapillærene. Som vist i figur 3, gjør kapillærene vanskelig å skille fra bakgrunns ufullstendig bildebehandling. Det er viktig at brukeren kunne lett skille grensen av en kapillær siden tellemetoden beskrevet ovenfor, avhenger av brukerens mulighet …

Discussion

Nailfold capillaroscopy viser lovende som en klinisk nyttig verktøy i fremtiden for ulike onkologi, hjerte, og revmatologiske sykdommer applikasjoner. Bildet anskaffelsesprosessen er ganske konsekvent blant forskere, men likevel er det i dag flere metoder for bildebehandling og analyse. Metodene som i dag består av datastyrte og manuelle kapillær teller. Manuelle tellinger er problematiske som de er tidkrevende, og underlagt bruker subjektivitet og tretthet. Nåværende databaserte metoder krever en høy grad av bruk…

Materials

Image-Pro Premier

Media Cybernetics, Inc

9.1

Image processing software