Name: a novel approach to overcome movement artifact when using a laser speckle contrast imaging system for alternating speeds of blood microcirculation
Uploaded: 2017-08-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 20 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Novel Approach to Overcome Movement Artifact When Using a Laser Speckle Contrast Imaging System for Alternating Speeds of Blood Microcirculation at JoVE.com

Gli autori non hanno nessun ringraziamenti.

il metodo segnalato è stata utilizzata in uno studio che ha ricevuto l'approvazione etica dal comitato etico di Bournemouth University Research su 9 febbraio 2016 (riferimento 10571).
 1. impostare il LSCI <ol><li>collegare pannello posteriore LSCI moorFLPI alle sue tre prese (alimentazione elettrica, Universal Serial Bus (USB) e IEEE 1394) per la funzione del sistema.</li>
	<li>Montare il braccio di supporto Desktop utilizzando 4 viti con il moorFLPI LSCI capovolto e fissata al supporto braccio</li>
	<li>Ruotare la staffa di montaggio per l'imaging al ribasso quando collegato. 
	Nota: La LSCI ha tre controlli: regolazione zoom (1) &#8211; con il dispositivo di imaging in posizione, meno ingrandimento può essere regolata rispettivamente alle impostazioni massime e minime per piccole e grandi campi di vista. Per garantire la ripetibilità, viene fornita un'etichetta anello indicizzazione; (2) regolazione messa a fuoco &#8211; questo è dipenda dalla distanza di misura e deve essere regolato dopo aver impostata la posizione dell'immagine. Per garantire la ripetibilità, viene fornita un'etichetta anello indicizzazione; e (3) un polarizzatore &#8211; un filtro polarizzatore lineare è disponibile per ridurre al minimo la riflessione speculare dagli organi esposti &#8211; il Monte rotante può essere ruotato di 360°.</li>
	<li>Installare il software per controllare la telecamera. Il software è diviso in due moduli che forniscono una funzione di misurazione e rassegna.</li>
</ol> 2. Preparazione partecipante <ol><li>assicurarsi la valutazione viene eseguita in una camera a temperatura controllata (22 ± 1 ° C) e che i partecipanti sono seduti per 10 minuti prima del test per adattarsi alla temperatura ambiente.</li>
	<li>Evitare una forte sorgente di luce artificiale e la luce del sole splende il partecipante o il LSCI come luce ambiente poteva influenzare il moorFLPI vicino alla fonte di laser infrarossi operanti a 785 nm. 
	Nota: Un semplice test per verificare se la luminosità dell'ambiente sono accettabili è aprendo la finestra di installazione imaging e ostruire il laser. Se l'immagine è quasi completamente nero quindi non ulteriori sono necessari passaggi; Se c'è ancora troppo ambiente luce presente, ulteriore azione è necessario.</li>
	<li>Garantire i partecipanti sono rilassati durante la valutazione, con i piedi a terra, se seduti ed evitare conversazioni.</li>
	<li>Place 8 cm 2 di adesivo opaco patch (AOP) (ad esempio, Leukotape) sulla zona di pelle per mascherare il flusso di sangue. Questo viene fatto per tenere conto l'inconveniente di LSCI in termini di alta sensibilità al movimento di artefatto, e segnale backscatter verrà utilizzato per la misurazione del flusso ematico microcircolatorio.</li>
</ol> 3. Microcircolazione immagine misura <ol><li>selezionare &#39; elaborazione spaziale &#39; per 25 fotogrammi al secondo cattura a 152 x 113 pixel.</li>
	<li>Scegli &#39; Live misura immagine &#39; e regolare la posizione del dispositivo di imaging dalla partecipante seguita da regolazione zoom, fuoco e polarizzatore per la riflessione speculare minima 20 cm. L'immagine dovrebbe apparire abbastanza &#39; piatto &#39; e informe.</li>
	<li>Impostare un tempo di esposizione di 20 ms per alta sensibilità ai piccoli cambiamenti e basso flusso.</li>
	<li>Utilizzare un tasso di esposizione di 25 Hz e una costante di tempo di 0,3 s per contabilizzare i cambiamenti del flusso sanguigno rapido e per ottenere il contrasto ottima attraverso la riduzione del rumore dell'immagine.</li>
	<li>Creare due aree di uguali dimensioni (2 cm 2) di interesse (ROI), denominate ROI 1 e 2 di ROI. Allineare, ROI 2 quindi è all'interno di 8 cm 2 AOP. Prendersi cura affinché ROIs non sono intercambiabili ma tenute vicino entro 2-4 cm per ridurre la necessità di riguadagnare la centralità se qualsiasi movimento meccanico si traduce in ROI 2 non essere più in zona AO. 
	Nota: La misurazione del flusso ematico potranno essere meno accurata nelle aree di bassa e alta intensità, quindi è importante avere un'impostazione di guadagno ottimale. Il guadagno di valore compreso tra 0 - 200. È ottenuto un valore di impostazione di guadagno ottimale nella gamma di 70-80.</li>
	<li>Flusso di eseguire misurazioni rispetto una linea di base di riferimento. Nel caso di questa metodologia, introdurre &#39; il resto &#39; palco come una linea di base di riferimento. Pertanto, esprimere un &#39; veloce &#39; e &#39; lento &#39; fase del flusso sanguigno in percentuale cambia da una linea di base, &#39; resto &#39; fase.</li>
	<li>Registrare la misurazione del flusso ematico in formato video e salvare per l'analisi offline utilizzando un modulo di revisione immagine.</li>
</ol> 4. Analisi offline Nota: il moorFLPI immagine modifica Software consente l'apertura di un video per eseguire l'analisi.
<ol><li>Calcola il flusso medio all'interno di ROIs seguendo una serie di registrazioni di flusso sanguigno di media. 1 ROI è la vera misura di flusso sanguigno della pelle e ROI 2 è il segnale retrodiffuso laser speckle pelle AOP.</li>
	<li>Calcolare il flusso sanguigno di media sottraendo 2 ROI da ROI 1 (flusso sanguigno della pelle). 
	1 - 2 di ROI ROI = flusso sanguigno di media</li></ol>

<ol>
	<li>Mahe, G., Rousseau, P., Durand, S., Leftheriotis, G., Abraham, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+speckle+contract+imaging+accurately+measures+blood+flow+over+moving+skin+surfaces.">Laser speckle contract imaging accurately measures blood flow over moving skin surfaces.</a> Microvas Res. 81 (2), 183-188 (2010).</li><li>Rousseau, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+the+&amp;#34;region+of+interest&amp;#34;+and+&amp;#34;time+of+interest&amp;#34;,+both+reduce+the+variability+of+blood+flow+measurements+using+laser+speckle+contrast+imaging.">Increasing the &amp;#34;region of interest&amp;#34; and &amp;#34;time of interest&amp;#34;, both reduce the variability of blood flow measurements using laser speckle contrast imaging.</a> Microvas Res. 82, 88-91 (2011).</li><li>Hecht, N., Woitzik, J., Dreier, J., Vajkoczy, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraoperative+monitoring+of+cerebral+blood+flow+by+laser+speckle+contrast+analysis.">Intraoperative monitoring of cerebral blood flow by laser speckle contrast analysis.</a> Neurosurg Focus. 27 (4), 1-6 (2009).</li><li>Mahe, G., Durand, S., Humeau-Heurtier, A., Leftheriotis, G., Abrham, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+experimental+conditions+on+noncontact+laser+recordings+in+microvascular+studies.">Impact of experimental conditions on noncontact laser recordings in microvascular studies.</a> Microcirculation. 19 (8), 669-675 (2012).</li><li>Cheng, H., Duong, T. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simplified+laser-speckle-imaging+analysis+method+and+its+application+to+retinal+blood+flow+imaging.">Simplified laser-speckle-imaging analysis method and its application to retinal blood flow imaging.</a> Opt Lett. 32 (15), 2188-2190 (2007).</li><li>Doherty, J., McNamara, P., Clancy, N. T., Enfield, J. G., Leahy, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+instruments+for+investigation+of+microcirculatory+blood+flow+and+red+blood+cell+concentration.">Comparison of instruments for investigation of microcirculatory blood flow and red blood cell concentration.</a> J Biomed Opt. 14 (3), 034025 (2009).</li><li>Briers, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+speckle+contrast+imaging+for+measuring+blood+flow.">Laser speckle contrast imaging for measuring blood flow.</a> Opt Appl. 37 (1), 139-152 (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> moorFLPI User Manual. (8), (2012).</li><li>Mahe, G., Durand, S., Humeau-Heurtier, A., Abraham, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+Experimental+Conditions+on+Noncontact+Laser+Recordings+in+Microvascular+Studies.">Impact of Experimental Conditions on Noncontact Laser Recordings in Microvascular Studies.</a> Microcirculation. 19, 669-675 (2012).</li><li>Bahadori, S., Immins, T., Wainwright, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+calf+neuromuscular+electrical+stimulation+and+intermittent+pneumatic+compression+on+thigh+microcirculation.">The effect of calf neuromuscular electrical stimulation and intermittent pneumatic compression on thigh microcirculation.</a> Micro Res. 111, 37-41 (2017).</li><li>Omarjee, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimisation+of+movement+detection+and+artifact+removal+during+laser+speckle+contrast+imaging.">Optimisation of movement detection and artifact removal during laser speckle contrast imaging.</a> Miscrovas Res. 97 (1), 75-80 (2015).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Lo scopo di questo studio era di introdurre una nuova tecnica per la misurazione e l'analisi di velocità della microcircolazione sanguigna in un singolo esperimento utilizzando la LSCI che si alternano. Le misurazioni possono essere influenzate da luce ambientale, vibrazione e movimento partecipante compreso respirazione e spasmi muscolari. I passaggi descritti nel protocollo sono stati progettati per ridurre al minimo tali effetti e ottenere misurazioni affidabili e ripetibili della microcircolazione sanguigna.
È dato risalto a che ogni passaggio all'interno del protocollo è fondamentale per una misurazione accurata della microcircolazione sanguigna, la tecnica introdotta era scoperto seguenti test sequenziale di tutte le possibili opzioni di impostazione e combinazioni disponibili, tra cui: tempo costante, impostazione dello zoom, tempo di esposizione, Mostra palette immagine tasso, guadagno e flusso. Risultati sono stati analizzati e ripetono utilizzando la visualizzazione di video dal vivo e analisi offline per trovare la configurazione ottima di imaging. Questo era essenziale come il software di elaborazione di immagine utilizza il fatto che produce alta perfusione rapida variazione nel modello della macchiolina di laser, e di conseguenza una zona di basso contrasto di speckle ben definito è prodotto nell'immagine video. Immagine di aspersione viene quindi creato in una mappa di color-coded di perfusione microcircolatoria.
Preparazione sperimentale di zona e la partecipazione è risultata essenziale, e questo può essere controllato evitando lavoro vicino a fonti di luce (finestra) o forti fonti di luce artificiale, in quanto questi potrebbero interferire con il moorFLPI vicino a sorgente laser infrarossi. Il protocollo inoltre introdotto un AOP come è stato riconosciuto che le vibrazioni ambientali e movimento del partecipante sia generare segnali che sono indistinguibili dal flusso sanguigno. L'AOP è rivelato per essere una scelta semplice ma efficace, offrendo sempre l'opzione sottile ma opaco, chiaro e accessibile che aveva una superficie microscopicamente ruvida per evitare significativa riflessione speculare. Ricerca preliminare di Omarjee et al. 11 evidenzia una limitazione potenziale con cui Leukotape crea un'ampiezza di segnale riflesso diverso da quello della pelle e varia in modo significativo tra i soggetti; Tuttavia Mahé et al. 1 non trovato alcuna differenza drastica tra i partecipanti. Anche se Leukotape è più accessibile di quanto altro su misura, patch adesivi doppio strato, l'accuratezza della misura di equazione (1) può essere migliorato utilizzando un POA alternativo.
La sezione di analisi offline evidenziata l'importanza delle dimensioni di ROIs e la loro posizione all'interno dell'area di interesse. Inizialmente, un più grande ROI 1, circa 8 cm2, è stato provato che overlaid il 2 ROI. Questa metodologia divenne ben presto un-affidabile a causa del movimento di artefatto causando il ROI 2 lo spostamento e l'esperimento live ha dovuto essere interrotta per ri-centrare il 2 ROI. Un altro breve arrivando era che a causa di ROI 1 sovrapponendo l'AOP, il flusso medio non ha preso la zona sotto AOP su un conto, come non c'era più un segnale retrodiffuso. Ciò significava un'ampia sezione della microcircolazione sanguigna era stata trascurata e pertanto dati flusso risultanti non sono state corretti. Di conseguenza, una metodologia in cui due ROIs di 2 cm2, con un POA di 8 cm2 e nessuna interazione tra ROI 1 e 2 di ROI (ma tenuta entro 2-4 cm uno da altro), fornisce una tecnica di analisi affidabili e ripetibili per la misura di sangue microcircolazione.

Laser Speckle Imaging contrasto (LSCI) è un comprovato non-contatto, metodo per analizzare sangue flusso microcircolazione1,2,3,4,5,6 di monitoraggio in tempo reale , 7. the LSCI utilizzati in questa carta è moorFLPI pieno campo. La misurazione della perfusione di flusso di sangue in grandi aree a elevata risoluzione spaziale e temporale, utilizzando un fenomeno chiamato "speckle laser" è uno dei principali vantaggi di questo dispositivo6. La valutazione in tempo reale della microcircolazione avviene attraverso modelli acquisiti tramite una fotocamera mediante macchie sparse. Dato che il moorFLPI LSCI è destinato alla ricerca clinica e fisiologica, il software di elaborazione di immagine funziona sul fatto che alta perfusione produce rapida variazione nel modello laser speckle, che è poi integrato da addebitato Coupled Device (CCD) per produrre una superficie di contrasto basso8. Il contrasto è quantificato ed il flusso risultante è colore codificato per produrre un' immagine di aspersione8.
Purtroppo, la LSCI è molto sensibile alle vibrazioni ambientali, artefatto e movimento del soggetto zona9. Ad oggi questo ha fornito impegnativo quando alternanza degli Stati di flusso sono stati studiati. Questo documento spiega dettagli della tecnica esplicita delineato in un recente studio10 , dove un dispositivo di stimolazione elettrica neuromuscolare è stato utilizzato per misurare microcircolazione sanguigna quando c'era movimento dell'arto in esame.

<table><tbody><tr><td>moorFLPI LSCI</td><td>Moor Instruments</td><td>Not Available - Online Link Provided in descreption</td><td>moorFLPI is an instrument designed for the measurment of blood flow within microvasculature by using infra red laser speckle contrast analysis.&amp;nbsp; https://gb.moor.co.uk/</td></tr><tr><td>moorFLPI Image Review Module</td><td>Moor Instruments</td><td>No Available - Online Link Provided</td><td>Used with moorFLPI, user can record and measure changes in blood flow by changerating a colour coded map of tissue perfusion.&amp;nbsp; https://gb.moor.co.uk/</td></tr><tr><td>Leukotape</td><td>BSN Medical</td><td>72978-10</td><td>Medical tape with microporous surface. http://www.bsnmedical.co.uk/fileadmin/z-countries/United_Kingdom/PDF/L/Leukotape_K_A46PP_low_res_11112013.pdf</td></tr></tbody></table>

a novel approach to overcome movement artifact when using a laser speckle contrast imaging system for alternating speeds of blood microcirculation

La laser imager di contrasto della macchiolina (LSCI) fornisce una tecnica semplice ma potente per la misurazione del flusso sanguigno microcircolatorio. Ideale per le risposte dinamiche di sangue, la LSCI viene utilizzato nello stesso modo come un convenzionale Laser Doppler Imager (LDI). Tuttavia, con una profondità massima di pelle di circa 1 mm, la LSCI è progettato per concentrarsi su principalmente il flusso sanguigno superficiale. Esso viene utilizzato per misurare superfici di pelle di fino a 15 cm x 20 cm. La nuova tecnica introdotta in questo account di carta per alternata velocità di microcirculations; misurazione del flusso di flusso cioè sia lento e veloce con la LSCI. La tecnica novella supera anche la più grande lacuna di LSCI, che è alta sensibilità al movimento di artefatto. Un cerotto adesivo opaco (AOP) è stato introdotto per la soddisfacente registrazione del flusso sanguigno microcircolatorio, sottraendo il segnale LSCI da AOP dal segnale di pelle laser speckle. L'impostazione ottimale è definita anche perché la LSCI è più potente quando variazioni di flusso sono misurati rispetto a un valore basale di riferimento, con flusso microcircolatorio sangue espresso come una percentuale cambia dalla linea di base. Questi cambiamenti possono essere utilizzati per analizzare lo stato del sistema di flusso di sangue.

La LSCI sperimentale istituito è descritto nella Figura 1 con funzionali strumenti identificati. È illustrata una tipica preparazione partecipante per una misura di flusso sanguigno su un'area della coscia anteriore. Staffa di montaggio regolabile permette la rotazione di LSCI per la misurazione del flusso sanguigno all'interno del microcircolo di qualsiasi zona particolare della pelle. Figura 2 descrive un esempio di un tipico speckle raw immagine e macchiolina convertito con su misura impostazioni descritte nel protocollo per la misurazione della microcircolazione sanguigna.
La figura 3 Mostra un esempio di zona della pelle e la collocazione di AOP (punto 3.1), installazione di imaging crudo LSCI (punto 3.2), un'immagine live per flusso sanguigno lento (punto 3.3) e un live image per un flusso di sangue veloce (punto 3.4) raggiunto in una registrazione continua dei dati di un flusso alternato ci ING moorFLPI LSCI. Tavolozza colori impostazione consente la differenziazione tra i livelli di flusso. Con la tavolozza di 16 colori standard, basso flusso è visto come blu, i valori di flusso medie sono visti come verde e valori di alto flusso sono visti come arancione e rosso.
Flusso sanguigno della pelle è espressa in unità di laser speckle aspersione (LSPU). La figura 4 Mostra la rappresentazione grafica del ROI 1 e 2 di ROI AOP su un'area di pelle. Il flusso sanguigno di media viene calcolato in analisi offline utilizzando dati dall'equazione (1) ROI 1 e 2 di ROI.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig1.jpg"> 
Figura 1: moorFLPI LSCI sperimentale set up Braccio di supporto desktop, uscite cavo, controlli di posizione (zoom regolatore, regolatore di messa a fuoco e polarizzatore), AOP e portatile per la configurazione di impostazione dell'immagine. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig2.jpg"> 
Figura 2: immagine Raw speckle prima della registrazione dei dati. 2.1 - 2.2) flusso e immagini raw macchiolina di un'impostazione mal configurata con scarsa visibilità che si tradurrà in una misura meno accurata del flusso sanguigno con conseguente alto guadagno. 2.3 - 2.4) Sistema configurato come da protocollo, risultando in un guadagno corretto con massima visibilità per un risultato affidabile. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig3.jpg"> 
Figura 3: una panoramica di misura installazione e record utilizzando moorFLPI LSCI. 3.1. una zona di pelle (coscia) con un 2 cm2 AOP per tenere conto per il movimento di artefatto. 3.2) un'immagine raw speckle 'piatto e informe' indicando backscatter buona intensità luminosa con impostazione ottimale. 3.3) registrazione di un flusso sanguigno lento un'immagine live. 3.4) registrazione di un flusso di sangue veloce un'immagine live. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig4.jpg"> 
Figura 4: rappresentazione grafica del layout ROI 1 e 2 di ROI AOP su un'area della pelle. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="3">Resto (riferimento della linea di base) (LSPU)</td>
			<td colspan="4">Flusso sanguigno lento (LSPU)</td>
			<td colspan="4">Flusso di sangue moderata (LSPU)</td>
			<td colspan="4">Flusso sanguigno veloce (LSPU)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Significa Flux - ROI 1</td>
			<td>Significa Flux - ROI 2</td>
			<td>Significa che il flusso sanguigno</td>
			<td>Significa Flux - ROI 1</td>
			<td>Significa Flux - ROI 2</td>
			<td>Significa che il flusso sanguigno</td>
			<td>% Di aumento rispetto al basale del flusso di sangue</td>
			<td>Significa Flux - ROI 1</td>
			<td>Significa Flux - ROI 2</td>
			<td>Significa che il flusso sanguigno</td>
			<td>% Di aumento rispetto al basale del flusso di sangue</td>
			<td>Significa Flux - ROI 1</td>
			<td>Significa Flux - ROI 2</td>
			<td>Significa che il flusso sanguigno</td>
			<td>% Di aumento rispetto al basale del flusso di sangue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>157,9</td>
			<td>35,1</td>
			<td>122,8</td>
			<td>178,5</td>
			<td>41,6</td>
			<td>136,9</td>
			<td>10,9</td>
			<td>216,9</td>
			<td>44,6</td>
			<td>172,3</td>
			<td>33.5</td>
			<td>418.9</td>
			<td>77,5</td>
			<td>341,4</td>
			<td>94,2</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabella 1: significare cambiamento continuo in LSPU per ROI 1 e 2 di ROI al basale, lento, moderato e veloce flusso di sangue. Aumento del flusso di sangue è espresso come variazione percentuale da una fase di previsione.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig5.jpg"> 
Figura 5: esempio di ROI 1 e 2 di ROI posizionamento su una superficie di pelle (coscia). Una tavolozza di 16 colori delinea le ulve di aspersioni. Dati sono registrati per ROI 1 e 2 di ROI in unità di aspersione e sottratto come spiegato nell'equazione 1 per la misura della microcircolazione sanguigna. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Novel Approach to Overcome Movement Artifact When Using a Laser Speckle Contrast Imaging System for Alternating Speeds of Blood Microcirculation at JoVE.com

A Novel Approach to Overcome Movement Artifact When Using a Laser Speckle Contrast Imaging System for Alternating Speeds of Blood Microcirculation

Un nuovo approccio per superare artefatto movimento quando si utilizza un contrasto di Laser Speckle Imaging System per alternando velocità della microcircolazione sanguigna

Questo studio presenta una nuova tecnica per la misurazione e l'analisi di velocità della microcircolazione sanguigna in un singolo esperimento utilizzando un imager di contrasto della macchiolina di laser che si alternano.

The laser speckle contrast imager (LSCI) provides a powerful yet simple technique for measuring microcirculatory blood flow. Ideal for blood dynamic ...

a-novel-approach-to-overcome-movement-artifact-when-using-laser

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Medicine

8.3K Views.  Bournemouth University. Questo studio presenta una nuova tecnica per la misurazione e l'analisi di velocità della microcircolazione sanguigna in un singolo esperimento utilizzando un imager di contrasto della macchiolina di laser che si alternano.

Video: A Novel Approach to Overcome Movement Artifact When Using a Laser Speckle Contrast Imaging System for Alternating Speeds of Blood Microcirculation

How to Build a Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) System to Monitor Blood Flow

Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) is a simple yet powerful technique that is used for full-field imaging of blood flow. The technique analyzes fluctuations in a dynamic speckle pattern to detect the movement of particles similar to how laser Doppler analyzes frequency shifts to determine particle speed. Because it can be used to monitor the movement of red blood cells, LSCI has become a popular tool for measuring blood flow in tissues such as the retina, skin, and brain. It has become especially useful in neuroscience where blood flow changes during physiological events like functional activation, stroke, and spreading depolarization can be quantified. LSCI is also attractive because it provides excellent spatial and temporal resolution while using inexpensive instrumentation that can easily be combined with other imaging modalities. Here we show how to build a LSCI setup and demonstrate its ability to monitor blood flow changes in the brain during an animal experiment.

How to Build a Laser Speckle Contrast Imaging LSCI System to Monitor Blood Flow

This video demonstrates how to build a Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) system that can easily be used to monitor blood flow.

Come costruire un Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) di sistema per monitorare il flusso di sangue

Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) is a simple yet powerful technique that is used for full-field imaging of blood flow.  The technique analyzes ...

Ricerca

Neuroscienze

Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to give an accurate velocity profile. A protocol is presented for &mu;PIV measurements of blood flows in microchannels. At the scale of the microcirculation, blood cannot be considered a homogeneous fluid, as it is a suspension of flexible particles suspended in plasma, a Newtonian fluid. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate can be derived from these measurements. Several key parameters such as focal depth, particle concentration, and system compliance, are presented in order to ensure accurate, useful data along with examples and representative results for various hematocrits and flow conditions.

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows which are cross-correlated to give an accurate velocity profile. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate, each of which has clinical applications, can be derived from these measurements.

Micro-Particle Image Velocimetry per Velocity Misure profilo dei flussi Micro sangue

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to ...

Bioingegneria

Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white blood cells and platelets that are suspended in blood plasma. Due to the abundance of the RBCs (40% to 45% of the blood volume), their behavior dictates the rheological behavior of blood especially in the microcirculation. At very low shear rates, RBCs are seen to assemble and form entities called aggregates, which causes the non-Newtonian behavior of blood. It is important to understand the conditions of the aggregates formation to comprehend the blood rheology in microcirculation. The protocol described here details the experimental procedure to determine quantitatively the RBC aggregates in microcirculation under constant shear rate, based on image processing. For this purpose, RBC-suspensions are tested and analyzed in 120 x 60 &#181;m poly-dimethyl-siloxane (PDMS) microchannels. The RBC-suspensions are entrained using a second fluid in order to obtain a linear velocity profile within the blood layer and thus achieve a wide range of constant shear rates. The shear rate is determined using a micro Particle Image Velocimetry (&#181;PIV) system, while RBC aggregates are visualized using a high speed camera. The videos captured of the RBC aggregates are analyzed using image processing techniques in order to determine the aggregate sizes based on the images intensities.

The protocol described details an experimental procedure to quantify Red Blood Cell (RBC) aggregates under a controlled and constant shear rate, based on image processing techniques. The goal of this protocol is to relate RBC aggregate sizes to the corresponding shear rate in a controlled microfluidic environment.

Ambiente controllato Microfluidic per Dynamic Indagine Globulo rosso Aggregazione

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white ...

Intravital Microscopy Imaging of the Liver following Leishmania Infection: An Assessment of Hepatic Hemodynamics

Intravital microscopy (IVM) is a powerful optical imaging technique that has made possible the visualization, monitoring and quantification of various biological events in real time and in live animals. This technology has greatly advanced our understanding of physiological processes and pathogen-mediated phenomena in specific organs.
In this study, IVM is applied to the mouse liver and protocols are designed to image in vivo the circulatory system of the liver and measure red blood cell (RBC) velocity in individual hepatic vessels. To visualize the different vessel subtypes that characterize the hepatic organ and perform blood flow speed measurements, C57Bl/6 mice are intravenously injected with a fluorescent plasma reagent that labels the liver-associated vasculature. IVM enables in vivo, real time, measurement of RBC velocity in a specific vessel of interest. Establishing this methodology will make it possible to investigate liver hemodynamics under physiological and pathological conditions. Ultimately, this imaging-based methodology will be important for studying the influence of L. donovani infection&#160;on hepatic hemodynamics.
This method can be applied to other infectious models and mouse organs and might be further extended to pre-clinical testing of a drug&#8217;s effect on inflammation by quantifying its effect on blood flow.

Intravital Microscopy Imaging of the Liver following Leishmania Infection: An Assessment of Hepatic Hemodynamics

This article reports on a detailed method for the dynamic measurement and quantification of blood flow velocity within individual blood vessels of the mouse liver vasculature using intravital microscopy imaging in combination with a specific methodology for image acquisition and analysis.

Intravitale Microscopia Imaging del Fegato seguente<em&gt; Leishmania</em&gt; Infezione: Valutazione della epatiche Emodinamica

Intravital microscopy (IVM) is a powerful optical imaging technique that has made possible the visualization, monitoring and quantification of various ...

Immunologia e infezioni

Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow in Microvasculature

Changes in blood flow velocity and distribution are vital in maintaining tissue and organ perfusion in response to varying cellular needs. Further, appearance of defects in microcirculation can be a primary indicator in the development of multiple pathologies. Advances in optical imaging have made intravital microscopy (IVM) a practical approach, permitting imaging at the cellular and subcellular level in live animals at high-speed over time. Yet, despite the importance of maintaining adequate tissue perfusion, spatial and temporal variability in capillary flow is seldom documented. In the standard approach, a small number of capillary segments are chosen for imaging over a limited time. To comprehensively quantify capillary flow in an unbiased way we developed Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow (STAFF), a macro for FIJI open-source&#160;image analysis software. Using high-speed image sequences of full fields of blood flow within capillaries, STAFF produces&#160;images that represent motion over time called kymographs for every time interval for every vascular segment. From the kymographs STAFF calculates velocities from the distance that red blood cells move over time, and outputs the velocity data as a sequence of color-coded spatial maps for visualization and tabular output for quantitative analyses. In normal mouse livers, STAFF analyses quantified profound differences in flow velocity between pericentral and periportal regions within lobules. Even more unexpected are the differences in flow velocity seen between sinusoids&#160;that are side by side and fluctuations seen within individual vascular segments over seconds. STAFF is a powerful new tool capable of providing novel insights by enabling measurement of the complex spatiotemporal dynamics of capillary flow.

To quantify microvascular flow from high speed capillary flow image sequences, we developed STAFF (Spatial Temporal Analysis of Fieldwise Flow) software. Across the full image field and over time, STAFF evaluates flow velocities and generates a sequence of color-coded spatial maps for visualization and tabular output for quantitative analyses.

Analisi spaziale temporale del flusso Fieldwise nella microvascolatura

Changes in blood flow velocity and distribution are vital in maintaining tissue and organ perfusion in response to varying cellular needs. Further, ...

Blood Flow Imaging with Ultrafast Doppler

The pulsed-Doppler effect is the main technique used in clinical echography to assess blood flow. Applied with conventional focused ultrasound Doppler modes, it has several limits. Firstly, a finely tuned signal filtering operation is needed to distinguish blood flows from surrounding moving tissues. Secondly, the operator must choose between localizing the blood flows or quantifying them. In the last two decades, ultrasound imaging has undergone a paradigm shift with the emergence of ultrafast ultrasound using unfocused waves. In addition to a hundredfold increase in framerate (up to 10000 Hz), this new technique also breaks the conventional quantification/localization trade-off, offering a complete blood flow mapping of the field of view and a simultaneous access to fine velocities measurements at the single-pixel level (down to 50 &#181;m). This data continuity in both spatial and temporal dimensions strongly improves the tissue/blood filtering process, which results in an increase sensitivity to small blood flow velocities (down to 1 mm/s). In this method paper, we aim to introduce the concept of ultrafast Doppler as well as its main parameters. Firstly, we summarize the physical principles of unfocused wave imaging. Then, we present the Doppler signal processing main steps. Particularly, we explain the practical implementation of the critical tissue/blood flow separation algorithms and on the extraction of velocities from these filtered data. This theoretical description is supplemented by in vitro experiences. A tissue phantom embedding a canal with flowing blood-mimicking fluid is imaged with a research programmable ultrasound system. A blood flow image is obtained and the flow characteristics are displayed for several pixels in the canal. Finally, a review of in vivo applications is proposed, showing examples in several organs such as carotids, kidney, thyroid, brain and heart.

This protocol shows how to apply ultrafast ultrasound Doppler imaging to quantify blood flows. After a 1 s long acquisition, the experimenter has access to a movie of the full field of view with axial velocity values for each pixel every &#8776;0.3 ms (depending on the ultrasound time of flight).

Imaging del flusso sanguigno con Doppler ultraveloce

The pulsed-Doppler effect is the main technique used in clinical echography to assess blood flow. Applied with conventional focused ultrasound Doppler ...

Laser Doppler: A Tool for Measuring Pancreatic Islet Microvascular Vasomotion In Vivo

As a functional status of microcirculation, microvascular vasomotion is important for the delivery of oxygen and nutrients and the removal of carbon dioxide and waste products. The impairment of microvascular vasomotion might be a crucial step in the development of microcirculation-related diseases. In addition, the highly vascularized pancreatic islet is adapted to support endocrine function. In this respect, it seems possible to infer that the functional status of pancreatic islet microvascular vasomotion might affect pancreatic islet function. Analyzing the pathological changes of the functional status of pancreatic islet microvascular vasomotion may be a feasible strategy to determine contributions that pancreatic islet microcirculation makes to related diseases, such as diabetes mellitus, pancreatitis, etc. Therefore, this protocol describes using a laser Doppler blood flow monitor to determine the functional status of pancreatic islet microvascular vasomotion, and to establish parameters (including average blood perfusion, amplitude, frequency, and relative velocity of pancreatic islet microvascular vasomotion) for evaluation of the microcirculatory functional status. In a streptozotocin-induced diabetic mouse model, we observed an impaired functional status of pancreatic islet microvascular vasomotion. In conclusion, this approach for assessing pancreatic islet microvascular vasomotion in vivo may reveal mechanisms relating to pancreatic islet diseases.

Laser Doppler: A Tool for Measuring Pancreatic Islet Microvascular Vasomotion In Vivo

Pancreatic islet microvascular vasomotion regulates islet blood distribution and maintains the physiological function of islet &#946; cells. This protocol describes using a laser Doppler monitor to determine the functional status of pancreatic islet microvascular vasomotion in vivo and to assess the contributions of pancreatic islet microcirculation to pancreatic-related diseases.

Laser Doppler: Uno strumento per la misurazione dell'isolotto pancreatico Vasomotion microvascolare In Vivo

As a functional status of microcirculation, microvascular vasomotion is important for the delivery of oxygen and nutrients and the removal of carbon ...

Medicina

A Novel Approach to Monitoring Graft Neovascularization in the Human Gingiva

Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a novel method for measuring superficial blood perfusion over large areas. Since it is non-invasive and avoids direct contact with the measured area, it is suitable for monitoring blood flow changes during wound healing in human patients. Vestibuloplasty is periodontal surgery to the oral vestibule, aiming to restore vestibular depth with simultaneous enlargement of the keratinized gingiva. In this special clinical case, a split thickness flap was elevated at the first upper premolar and a xenogenic collagen matrix was adapted to the resulting recipient bed. LSCI was used to monitor the re- and neovascularization of the graft and the surrounding mucosa for one year. A protocol is introduced for the correct adjustment of microcirculation measurement in the oral mucosa, highlighting difficulties and possible failures.
The clinical case study presented demonstrated that &#8212; following the appropriate protocol &#8212; LSCI is a suitable and reliable method for following up microcirculation in a healing wound in the human oral mucosa and gives useful information on graft integration.

This study introduces a protocol for measuring microcirculation in human oral mucosa by laser speckle contrast imaging. The monitoring of wound healing after vestibuloplasty combined with a xenogenic collagen graft is presented on a clinical case.

Un nuovo approccio al monitoraggio dell'innesto neovascolarizzazione nella gengiva umana

Laser speckle contrast imaging (LSCI) is a novel method for measuring superficial blood perfusion over large areas. Since it is non-invasive and avoids ...

Quantification of Cerebral Perfusion using Laser Speckle Imaging and Infarct Volume using MRI in a Pre-clinical Model of Posterior Circulation Stroke

Background: Basilar artery occlusion (BAO) is a subset of posterior circulation stroke that carries a mortality as high as 90%.&#160; The current clinical standard to diagnose ischemic stroke include computerized tomography (CT), CT angiography and perfusion and magnetic resonance imaging (MRI). Large animal pre-clinical models to accurately reflect the clinical disease as well as methods to assess stroke burden and evaluate treatments are lacking.
Methods: We describe a canine model of large vessel occlusion (LVO) stroke in the posterior circulation, and developed a laser speckle imaging (LSI) protocol to monitor perfusion changes in real time.&#160; We then utilized high b-value DWI (b=1800s/mm2) MRI to increase detection sensitivity. We also evaluated the ability of magnetic resonance angiography (MRA) to assess arterial occlusion and correlate with DSA. Finally, we verified infarct size from apparent diffusion coefficient (ADC) mapping with histology.&#160;
Results:&#160; Administration of thromboembolism occluded the basilar artery as tracked by DSA (n=7).&#160; &#160;LSI correlated with DSA, demonstrating a reduction in perfusion after stroke onset that persisted throughout the experiment, allowing us to monitor perfusion in real time.&#160; DWI with an optimized b-value for dogs illustrated the stroke volume and allowed us to derive ADC and magnetic resonance angiography (MRA) images. The MRA performed at the end of the experiment correlated with DSA performed after occlusion. Finally, stroke burden on MRI correlated with histology.
Conclusions: Our studies demonstrate real time perfusion imaging using LSI of a canine thromboembolic LVO model of posterior circulation stroke, which utilizes multimodal imaging important in the diagnosis and treatment of ischemic stroke.

A canine model of LVO stroke was utilized to develop laser speckle imaging to monitor cerebral perfusion in real-time.&#160; Diffusion-weighted MRI was optimized to image infarct volume utilizing a high b-value, enabling ADC and MRA, correlated with DSA at the time of stroke.&#160; Finally, ADC reconstructions correlated with histological findings.

Background: Basilar artery occlusion (BAO) is a subset of posterior circulation stroke that carries a mortality as high as 90%.&#160; The current clinical ...

Multiphoton Intravital Imaging for Monitoring Leukocyte Recruitment during Arteriogenesis in a Murine Hindlimb Model

Arteriogenesis strongly depends on leukocyte and platelet recruitment to the perivascular space of growing collateral vessels. The standard approach for analyzing collateral arteries and leukocytes in arteriogenesis is ex vivo (immuno-) histological methodology. However, this technique does not allow the measurement of dynamic processes such as blood flow, shear stress, cell-cell interactions, and particle velocity. This paper presents a protocol to monitor in vivo processes in growing collateral arteries during arteriogenesis utilizing intravital imaging. The method described here is a reliable tool for dynamics measurement and offers a high-contrast analysis with minimal photo-cytotoxicity, provided by multiphoton excitation microscopy. Prior to analyzing growing collateral arteries, arteriogenesis was induced in the adductor muscle of mice by unilateral ligation of the femoral artery.
After the ligation, the preexisting collateral arteries started to grow due to increased shear stress. Twenty-four hours after surgery, the skin and subcutaneous fat above the collateral arteries were removed, constructing a pocket for further analyses. To visualize blood flow and immune cells during in vivo imaging, CD41-fluorescein isothiocyanate (FITC) (platelets) and CD45-phycoerythrin (PE) (leukocytes) antibodies were injected intravenously (i.v.) via a catheter placed in the tail vein of a mouse. This article introduces intravital multiphoton imaging as an alternative or in vivo complementation to the commonly used static ex vivo (immuno-) histological analyses to study processes relevant for arteriogenesis. In summary, this paper describes a novel and dynamic in vivo method to investigate immune cell trafficking, blood flow, and shear stress in a hindlimb model of arteriogenesis, which enhances evaluation possibilities notably.

The recruitment of leukocytes and platelets constitutes an essential component necessary for the effective growth of collateral arteries during arteriogenesis. Multiphoton microscopy is an efficient tool for tracking cell dynamics with high spatio-temporal resolution in vivo and less photo-toxicity to study leukocyte recruitment and extravasation during arteriogenesis.

Multiphoton Intravital Imaging per il monitoraggio del reclutamento dei leucociti durante l'arteriogenesi in un modello murino di arti posteriori

Arteriogenesis strongly depends on leukocyte and platelet recruitment to the perivascular space of growing collateral vessels. The standard approach for ...