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
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Os autores têm sem agradecimentos.

o método relatado foi utilizado em um estudo que recebeu aprovação ética do Comitê de ética de pesquisa Bournemouth University em 9 de fevereiro de 2016 (referência 10571).
 1. LSCI configurar <ol><li>Connect moorFLPI LSCI painel traseiro aos seus três terminais (alimentação, Universal Serial Bus (USB) e IEEE1394) para que o sistema função.</li>
	<li>Montar o braço de suporte de Desktop usando os 4 parafusos com a moorFLPI LSCI virado de cabeça para baixo e fixado ao suporte braço</li>
	<li>Girar o suporte de montagem para a imagem latente descendente quando anexado. 
	Nota: O LSCI tem três controles: ajuste de zoom (1) &#8211; com a câmera em uma posição, menos ampliação pode ser ajustada para configurações máximas e mínimas para pequenas e grandes campos de visão respectivamente. Para garantir a repetibilidade, é fornecido um rótulo de anel a indexação; (2) ajuste de foco &#8211; isto é dependente da distância de medição e deve ser ajustado após a posição da imagem tiver sido definida. Para garantir a repetibilidade, é fornecido um rótulo de anel a indexação; e (3) um polarizador &#8211; um filtro polarizador linear está disponível para minimizar a reflexão especular de órgãos expostos &#8211; montagem da rotação pode ser girada 360 °.</li>
	<li>Instalar o software para controlar a câmera. O software é dividido em dois módulos, fornecendo uma função de medição e revisão.</li>
</ol> 2. Preparação do participante <ol><li>certifique-se a avaliação é realizada em uma sala de temperatura controlada (22 ± 1 ° C) e que os participantes estão sentados por 10 minutos antes do teste para se adaptar à temperatura ambiente.</li>
	<li>Evitar uma forte fonte de luz artificial e luz do sol brilhando sobre o participante ou o LSCI como luz ambiente pode afetar o moorFLPI perto da fonte de laser infravermelho operando em 785 nm. 
	Nota: Um teste simples para confirmar se os níveis de luz ambientes são aceitáveis é abrindo a janela de configuração de imagem e obstruindo o laser. Se a imagem é quase completamente preta, então, sem mais etapas são necessárias; se ainda há muito ambiente presente de luz, mais ação é necessária.</li>
	<li>Garantir que os participantes estão relaxados durante a avaliação, com os pés no chão, se sentado e evitar conversas.</li>
	Remendo de <li>lugar 8 cm 2 de adesivo opaco (AOP) (por exemplo, Leukotape) na área da pele para mascarar o fluxo de sangue. Isso é feito para conta para a desvantagem do LSCI em termos de alta sensibilidade ao movimento do artefato, e sinal retrodifusão será usado para a medição do fluxo de sangue microcirculatory.</li>
</ol> 3. Medição de imagem microcirculação <ol><li>selecione &#39; processamento espacial &#39; para 25 quadros por segundo captura a 152 x 113 pixels.</li>
	<li>Escolher &#39; viver medição de imagem &#39; e ajustar a posição do tonalizador 20 cm o participante seguido ajustando o zoom, foco e polarizador para mínima reflexão especular. A imagem deve aparecer bastante &#39; plana &#39; e inexpressivo.</li>
	<li>Definir um tempo de exposição de 20 ms para alta sensibilidade para pequenas mudanças e fluxo baixo.</li>
	<li>Usar uma taxa de exposição de 25 Hz e uma constante de tempo de 0,3 s para contabilizar as mudanças do fluxo de sangue rápido e para alcançar o contraste ideal, reduzindo o ruído de imagem.</li>
	<li>Criar duas regiões de igual tamanho (2cm 2) de interesse (ROI), chamadas ROI 1 e 2 de ROI. Alinhe o ROI 2 assim que fica a cerca de 8 cm 2 AOP. Tenha cuidado para que não são intercâmbio de ROIs mas manteve estreita dentro de 2-4 cm para reduzir a necessidade de re-centralização se qualquer movimento mecânico resulta em ROI 2 não está mais sendo na área AO. 
	Nota: Medição do fluxo de sangue serão menos precisa em áreas de baixa e alta intensidade, por isso é importante ter uma configuração ideal de ganho. Os intervalos de valor de ganho entre 0 - 200. Um valor de ajuste de ganho ideal é alcançado na faixa de 70-80.</li>
	<li>Fluxo de realizar medições em relação a uma base de referência. No caso desta metodologia, apresentar &#39; o resto &#39; palco como uma base de referência. Portanto, expressar um &#39; rápido &#39; e &#39; lento &#39; fase de fluxo de sangue como uma porcentagem mudar de uma linha de base, &#39; resto &#39; fase.</li>
	<li>Registro de medição do fluxo de sangue em formato de vídeo e salvar para análise off-line usando um módulo de análise de imagem.</li>
</ol> 4. Análise off-line Nota: O moorFLPI, Software de análise de imagem permite a abertura de um vídeo para realizar a análise.
<ol><li>Calcular o fluxo médio dentro ROIs após uma série de gravações de má circulação. 1 ROI é a medida real do fluxo de sangue da pele e ROI 2 é o sinal de pele de speckle retroespalhados do laser do AOP.</li>
	<li>Calcular o fluxo de sangue significa subtraindo 2 ROI de ROI 1 (fluxo de sangue da pele). 
	ROI 1 - ROI 2 = fluxo sanguíneo média</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>

Os autores não têm nada para divulgar.

O objetivo deste estudo foi apresentar uma nova técnica para a medição e análise de alternando velocidades da microcirculação em uma única experiência usando o LSCI. As medições podem ser afetadas pela luz ambiente, vibração e movimento participante, incluindo a respiração e se contraindo. As etapas descritas no protocolo todos foram projetadas para minimizar esses efeitos e obter medições confiáveis e reproduzíveis de microcirculação.
Ressalta que cada passo dentro do protocolo é fundamental para uma medição precisa da microcirculação, introduziu a técnica foi descoberta sequencial seguintes testes de todas as opções de configuração possíveis e combinações disponíveis incluindo: tempo constante, configuração de zoom, tempo de exposição, exibir a paleta de imagem taxa, ganho e fluxo. Os resultados foram analisados e repetido usando o monitor de vídeo ao vivo e análise off-line para encontrar a configuração ideal de imagem. Isto era essencial como o software de processamento de imagem usa o facto de alta perfusão produz rápida variação no padrão de salpico do laser, e como resultado uma área de baixo contraste de speckle bem-definidos é produzida em imagem de vídeo. Imagem de perfusão, em seguida, é criada em um mapa com código de cores de perfusão microcirculatory.
Preparação de área e participação experimental é encontrada para ser essencial, e isso pode ser controlado, evitando o trabalho perto de fontes de luz (janela) ou de fortes fontes de luz artificial, como estes podem interferir com a moorFLPI perto da fonte de laser infravermelho. O protocolo também introduziu um AOP como que reconheceu que o movimento de participante e vibração ambiental ambos geram sinais que são indistinguíveis de fluxo sanguíneo. O AOP provou para ser uma escolha simples, mas eficaz, oferecendo uma opção fina mas opaca, leve e acessível, que tinha uma área de superfície microscopicamente áspera para evitar a reflexão especular significativa. Pesquisa preliminar por Omarjee et al . 11 destaca uma limitação potencial pelo qual Leukotape cria uma amplitude de sinal de reflexão diferente da pele e varia significativamente entre os sujeitos; no entanto marinho et al . 1 não encontrado nenhuma diferença drástica entre os participantes. Embora Leukotape seja mais acessível do que outros bespoke, patches adesivo BICAMADA, a precisão da medição da equação (1) poderia ser melhorada usando um AOP alternativo.
A seção de análise off-line destacou a importância de tamanhos de ROIs e sua localização dentro da área de interesse. Inicialmente, um maior ROI 1, aproximadamente 8 cm2, foi julgado que cobriu o ROI 2. Esta metodologia logo se tornou não-confiável devido ao movimento de artefato resultando em ROI 2 mover-se e a experiência ao vivo tinha de parar a fim de re-centralizar o ROI 2. Outra vinda curta foi que devido a ROI 1 sobrepondo o AOP, o fluxo médio já não a área sob AOP em uma conta, como já não havia um sinal retroespalhado. Isto significou uma grande parte da microcirculação foi sendo esquecida e, portanto, os dados resultantes do fluxo não eram corretos. Portanto, uma metodologia na quais dois ROIs de 2 cm2, com um AOP de 8 cm2 e nenhuma interação entre ROI 1 e 2 de ROI (mas guardado dentro de 2 a 4 cm do outro), fornece uma técnica de análise confiável e reproduzível para medição de sangue microcirculação.

Laser do salpico contraste Imaging (LSCI) é um comprovado sem contato, método para a análise de sangue, fluxo da microcirculação1,2,3,4,5,6 de monitoramento em tempo real , 7. the LSCI usado neste trabalho é moorFLPI campo completo. A medição da perfusão de fluxo de sangue em grandes áreas em alta resolução espacial e temporal, usando um fenômeno chamado "speckle laser" é uma das principais vantagens deste dispositivo6. A avaliação em tempo real da microcirculação é feita através de padrões capturados através de uma câmera usando padrões de speckle dispersas. Dado que o moorFLPI LSCI destina-se a investigação clínica e fisiológica, o software de processamento de imagem funciona no fato de que alta perfusão produz rápida variação no padrão de salpico do laser, que em seguida é integrado pelo acusado dispositivo acoplado (CCD) para produzir uma área de baixo contraste8. O contraste é quantificado e o fluxo resultante é cor codificada para produzir uma imagem de perfusão8.
Infelizmente, o LSCI é muito sensível ao movimento do assunto área9, artefato e vibração ambiental. Até à data este forneceu desafiador quando alternando Estados de fluxo foram estudados. Este documento explica os detalhes da técnica explícita descrito em um estudo recente10 onde um dispositivo de estimulação elétrica Neuromuscular foi usado para medir a microcirculação do sangue quando havia movimento do membro a ser examinado.

<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

O tonalizador de contraste do laser do salpico (LSCI) fornece uma poderosa contudo simples técnica para medir o fluxo sanguíneo microcirculatory. Ideal para respostas dinâmicas de sangue, o LSCI é usado da mesma forma como um convencional Laser Doppler Imager (LDI). No entanto, com uma profundidade máxima de pele de aproximadamente 1 mm, o LSCI destina-se a focar principalmente o fluxo de sangue superficial. Ele é usado para medir áreas de superfície de pele de até 15 cm x 20 cm. A nova técnica introduzida neste papel esclarece alternando velocidades de microcirculations; medição de fluxo de fluxo ou seja, lento e rápido usando o LSCI. A nova técnica também supera a lacuna maior do LSCI, que é a alta sensibilidade ao movimento do artefato. Um adesivo patch opaco (AOP) é introduzido para gravação satisfatória microcirculatory do fluxo de sangue, subtraindo-se o sinal LSCI de AOP do sinal da pele do laser do salpico. A configuração ideal é também definida porque o LSCI é mais poderoso quando as alterações de fluxo são medidas em relação a uma base de referência, com fluxo de sangue microcirculatory expresso em percentagem mudar da linha de base. Estas mudanças podem ser usadas para analisar o status do sistema de fluxo de sangue.

O LSCI experimental Setup é descrito na Figura 1 com ferramentas funcionais identificadas. Uma típica preparação participante para a medição do fluxo de sangue em uma área da coxa anterior é ilustrada. Suporte de montagem ajustável permite a rotação da LSCI para a medição do fluxo de sangue dentro da microvasculatura de qualquer área de pele particular. Figura 2 descreve um exemplo de uma imagem típica do salpico cru e imagem de speckle convertido com bespoke configurações descritas no protocolo para medição da microcirculação.
A Figura 3 mostra um exemplo de área de pele e colocação de AOP (passo 3.1), configuração de imagem crua de LSCI (passo 3.2), uma imagem ao vivo para o fluxo de sangue lento (passo 3.3) e ao vivo de imagem para um fluxo de sangue rápido (passo 3.4) alcançado em uma gravação contínua de dados de um fluxo alternado nos ing moorFLPI LSCI. Configuração de codificação de cores de paleta permite a diferenciação entre níveis de fluxo. Com a padrão paleta de 16 cores, baixo fluxo é visto como azul, valores de fluxo médio são vistos como verde e valores de alto fluxo são vistos como laranja e vermelho.
O fluxo sanguíneo da pele é expresso em unidades de perfusão de salpico do laser (LSPU). A Figura 4 mostra a representação gráfica do ROI 1 e 2 de ROI, AOP em uma área da pele. O fluxo de sangue média é calculado em análise off-line usando os dados de ROI 1 e 2 de ROI e a equação (1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig1.jpg"> 
Figura 1: moorFLPI LSCI experimental conjunto cima Braço de suporte de desktop, saídas de cabo, controles de posição (zoom ajuste, ajuste de foco e polarizador), AOP e portátil para configuração de ajuste de imagem. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig2.jpg"> 
Figura 2: imagem Raw speckle antes da gravação de dados. 2.1 - 2.2) fluxo e imagens de speckle cru de uma configuração mal configurada, resultando em um alto ganho com pouca visibilidade, o que resultará em uma medição menos precisa de fluxo de sangue. 2.3 - 2.4) Sistema configurado conforme protocolo, resultando em um ganho correto com a máxima visibilidade para um resultado confiável. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig3.jpg"> 
Figura 3: uma visão geral da instalação e registro de medição usando moorFLPI LSCI. 3.1. uma área da pele (coxa), com um 2 cm2 AOP para contabilizar o movimento do artefato. 3.2) uma salpico cru 'plana e inexpressivo' imagem indicando a intensidade de luz de retroespalhamento de boa com a configuração ideal. 3.3) uma gravação ao vivo de imagem de um fluxo de sangue lento. 3.4) uma gravação ao vivo de imagem de um fluxo de sangue rápido. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig4.jpg"> 
Figura 4: representação gráfica do layout ROI 1 e 2 de ROI, AOP em uma área da pele. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="3">Resto (referência de linha de base) (LSPU)</td>
			<td colspan="4">Fluxo sanguíneo lento (LSPU)</td>
			<td colspan="4">Fluxo sanguíneo moderada (LSPU)</td>
			<td colspan="4">Fluxo de sangue rápido (LSPU)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quer dizer fluxo - ROI 1</td>
			<td>Quer dizer fluxo - ROI 2</td>
			<td>Quer dizer fluxo sanguíneo</td>
			<td>Quer dizer fluxo - ROI 1</td>
			<td>Quer dizer fluxo - ROI 2</td>
			<td>Quer dizer fluxo sanguíneo</td>
			<td>% Aumento da linha de base do fluxo de sangue</td>
			<td>Quer dizer fluxo - ROI 1</td>
			<td>Quer dizer fluxo - ROI 2</td>
			<td>Quer dizer fluxo sanguíneo</td>
			<td>% Aumento da linha de base do fluxo de sangue</td>
			<td>Quer dizer fluxo - ROI 1</td>
			<td>Quer dizer fluxo - ROI 2</td>
			<td>Quer dizer fluxo sanguíneo</td>
			<td>% Aumento da linha de base do fluxo de 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>
Tabela 1: quer dizer fluxo em LSPU para ROI 1 e 2 de ROI na linha de base, lenta, moderada e rápido fluxo de sangue. Aumento do fluxo de sangue é expresso como uma taxa de variação percentual de um estágio de linha de base.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56415/56415fig5.jpg"> 
Figura 5: exemplo de ROI 1 e 2 de ROI posicionando-se sobre uma área de superfície da pele (coxa). Uma paleta de 16 cores descreve a lima de perfusions. Dados são registrados para ROI 1 e 2 do ROI nas unidades de perfusão e subtraídos conforme explicado na equação 1 para medição da microcirculação. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56415/56415fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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

Uma nova abordagem para superar o artefato de movimento usando um contraste de Speckle Laser sistema de imagem de alternância de velocidades da microcirculação

Este estudo apresenta uma nova técnica para a medição e análise de alternando velocidades da microcirculação em uma única experiência usando um gerador de imagens de contraste do laser do salpico.

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

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Medicine

8.3K visualizações.  Bournemouth University. Este estudo apresenta uma nova técnica para a medição e análise de alternando velocidades da microcirculação em uma única experiência usando um gerador de imagens de contraste do laser do salpico.

Vídeo: 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.

Como construir um Laser Speckle Contrast Imaging System (LSCI) para monitorar o fluxo de 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 ...

Neurociência

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-partículas Velocimetry Imagem para a velocidade Medidas de fluxos de sangue Micro Perfil

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 ...

Bioengenharia

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 Microfluidic controlada de Investigação dinâmico de Agregação Glóbulo Vermelho

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.

Microscopia intravital Imagem do Fígado seguinte<em&gt; Leishmania</em&gt; Infecção: Uma Avaliação de hepáticas Hemodinâmica

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

Imunologia e Infecção

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.

Análise Temporal Espacial do Fluxo de Campo na Microvasculatura

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).

Imagem de fluxo sanguíneo com Doppler Ultrarrápido

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: Uma ferramenta para medir ilhota Pancreatic 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 ...

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.

Uma nova abordagem para o monitoramento de neovascularização de enxerto na gengiva humana

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.

Imagem Intravital Multifóton para Monitoramento do Recrutamento de Leucócitos durante a Arteriogênese em Modelo de Membro Posterior Murino

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