Reproduzierbarer computerisiertes Verfahren zur Quantifizierung der Kapillardichte Verwendung nailfold Kapillaroskopie
27. Oktober 2015
Kapillaroskopie ist eine nicht-invasive, effiziente, relativ kostengünstige und leicht zu erlernende Methode zur direkten Visualisierung von Kapillaren in der Mikrozirkulation. Allerdings beschreibt bisher nur eine Veröffentlichung die Zuverlässigkeit eines komplexen Softwareprogramms zur Quantifizierung von Kapillaroskopie-Daten. Hier stellen wir ein einfaches, zuverlässiges Protokoll zur Quantifizierung von Kapillaren mit einem standardisierten Algorithmus vor.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Anzahl der Kapillaren pro Quadratmillimeter im Bereich der Haut direkt unter der Nagelkutikula zu quantifizieren. Dazu wird zunächst ein monochromes Bild des Fingernagelbetts unterhalb der Nagelhaut aufgenommen. Der zweite Schritt besteht darin, das Bild in ein Computer-Imaging-Programm zu importieren.
Als nächstes werden die Bilder manipuliert. Um die Kapillaren besser sichtbar zu machen, besteht der letzte Schritt darin, alle Kapillaren innerhalb eines Quadratmillimeters zu identifizieren und zu zählen. Letztendlich wird die Bildmanipulation verwendet, um die Menge und Morphologie der Kapillaren einer Person zu zeigen. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im kardiovaskulären Bereich zu beantworten, z. B. wie sich Bluthochdruck, Diabetes und andere Krankheiten auf die Mikrozirkulation auswirken können.
Mit einer monochromen Digitalkamera erhalten Sie Kapillarbilder, wie zuvor beschrieben. Nehmen Sie dann Kalibrierungsbilder eines Spotts mit Millimetermarkierungen auf, wobei Sie die gleichen Kamera- und Vergrößerungsbedingungen verwenden, die zur Erstellung der Kapillarbilder verwendet wurden. Importieren Sie das Bild des Spotts in das Computer-Imaging-Programm und messen Sie die Anzahl der Pixel in einer Ein-Millimeter-Linie auf dem Foto des Lineals.
Notieren Sie sich diese Zahl und berechnen Sie die Anzahl der Pixel, die sich in einem Bereich von einem Millimeter x einem Millimeter befinden. Öffnen Sie als Nächstes eines der Kapillarbilder, dunkeln Sie die Kapillaren ab und hellen Sie den Hintergrund auf, indem Sie das Bild mit einem Best-Fit-Histogramm anpassen. Verwenden Sie dann den Befehl ROI erstellen im Dropdown-Menü, um oben auf dem Bildschirm einen Millimeter mal einen Millimeter großen Bereich von Interesse zu erstellen.
Ziehen Sie den interessierenden Bereich an die Position mit den deutlichsten Kapillarschleifen, und positionieren Sie ihn. Stellen Sie sicher, dass der interessierende Bereich so platziert ist, dass sich die Spitze der Kapillarschleifen ganz oben im Bereich befindet. Der Schlüssel zur Reproduzierbarkeit und Standardisierung dieses Schritts des Protokolls ist die richtige Platzierung des ein Millimeter großen Feldes für den interessierenden Bereich.
Eine gute Faustregel zur Aufrechterhaltung der Standardisierung besteht darin, den Quader an der Spitze oder an der Spitze der Kapillarschleifen des Bildes zu platzieren. Sobald Sie richtig positioniert sind, klicken Sie auf den ROI und dann auf Zuschneiden aus dem Dropdown-Menü, das angezeigt wird, und reduzieren Sie das Bild, damit alle zukünftigen Bildanpassungen gleichmäßig auf das Bild angewendet werden. Erhöhen Sie als Nächstes den Kontrast des Bildes auf 75, damit die Kapillaren maximal sichtbar sind.
Entfernen Sie auch die Flecken im Bild, um die Ränder der Kapillaren zu glätten. Stellen Sie den Bildkontrast fest, indem Sie das Histogramm an das am besten geeignete Modell anpassen, sodass die Kapillaren schwarz und der Hintergrund weiß sind. Wählen Sie auf jedem Bild manuell einen Teil einer wohldefinierten Kapillare mit dem Zielobjektmerkmal aus, das als Objekte erkannt werden soll, die vom Programm gezählt werden sollen.
Wählen Sie dann einen kleinen Teil des Hintergrunds aus, indem Sie das Hintergrundmerkmal als Referenz für Bereiche verwenden, die vom Zählalgorithmus ignoriert werden müssen. Legen Sie den minimalen Durchmesser der gezählten Objekte auf fünf Pixel fest, um zu vermeiden, dass Hintergrundgeräusche als Kapillaren gezählt werden. Verwenden Sie dann die Zählfunktion, um sofort alle Kapillaren im Bild für jede Person zu zählen.
Zählen Sie den Durchschnitt von drei bis vier Bildern, um eine zuverlässigere Bewertung zu erhalten. Um Zeit zu sparen, erstellen Sie ein Makro, um automatisch eine bestimmte Abfolge von Prozessen für ein oder mehrere Bilder auszuführen, indem Sie zuerst Datensatzmakro auswählen, um das Makro basierend auf den in diesem Video ausgeführten und beschriebenen Schritten und Prozessen zu benennen. Führen Sie dann die Bildbearbeitungsschritte aus, während das Makro aufzeichnet.
Wenn Sie das Makro für zukünftige Bilder verwenden, klicken Sie einfach auf Makro ausführen und das Programm wendet die aufgenommenen Verbesserungen automatisch auf die gewünschten Bilder an. Der einzige Schritt, der eine Benutzereingabe erfordert, ist die Auswahl, wo das Bild zugeschnitten werden soll. Ein optimal verarbeitetes Bild kann innerhalb von 30 Sekunden gezählt werden und unterscheidet sowohl Kapillaren vom Hintergrund als auch einzelne Kapillaren voneinander deutlich.
Das endgültige verbesserte Bild wird hier gezeigt. Die für dieses Bild ermittelte Gesamtzahl betrug 54 Kapillaren pro Quadratmillimeter Nach der Beherrschung. Diese Technik kann verwendet werden, um 12 Bilder innerhalb von 20 Minuten zu quantifizieren und zu manipulieren.
Sehen Sie sich das vollständige Transkript an und erhalten Sie Zugang zu Tausenden wissenschaftlicher Videos
Übersicht
Die Kapillaroskopie ist eine nichtinvasive Methode zur Visualisierung von Kapillaren in der Mikrozirkulation. Dieser Artikel stellt einen zuverlässigen Protokollansatz zur Quantifizierung von Kapillaren mithilfe eines standardisierten Algorithmus vor.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Mikrozirkulation
- Kapillarsichtbarmachung
- Kardiovaskuläre Forschung
Hintergrund
- Mittels Kapillaroskopie lässt sich eine direkte Beobachtung der Kapillaren ermöglichen.
- Bisherige Studien weisen begrenzte Zuverlässigkeitsdaten zu Software zur quantitativen Auswertung von Kapillaren auf.
- Diese Methode ist entscheidend für das Verständnis der Mikrozirkulation bei verschiedenen Erkrankungen.
- Die Quantifizierung von Kapillaren kann Einblicke in Zustände wie Hypertonie und Diabetes liefern.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines einfachen und zuverlässigen Protokolls zur Kapillarenquantifizierung.
- Verbesserung des Verständnisses der Kapillarenmorphologie und -menge.
- Schließung von Lücken in bestehenden Methoden zur Kapillar-Analyse.
Verwendete Methoden
- Erfassen Sie ein monochromes Bild des Nagelbetts unterhalb der Nagelhaut.
- Importieren Sie das Bild in ein computergestütztes Bildbearbeitungsprogramm.
- Bearbeiten Sie das Bild, um die Kapillaren besser sichtbar zu machen.
- Identifizieren und zählen Sie die Kapillaren innerhalb eines definierten Bereichs (1 mm²).
Hauptergebnisse
- Das Protokoll ermöglicht eine genaue Quantifizierung der Kapillaren.
- Die Bildbearbeitung verbessert die Sichtbarkeit der Kapillarmorphologie.
- Diese Methode kann angewendet werden, um die Auswirkungen von Krankheiten auf die Mikrozirkulation zu untersuchen.
- Die Ergebnisse können die kardiovaskuläre Forschung und klinische Praxis beeinflussen.
Schlussfolgerungen
- Das entwickelte Protokoll ist zuverlässig und einfach zu implementieren.
- Es liefert wertvolle Daten zum Verständnis der Mikrozirkulation.
- Diese Methode kann bei der Beurteilung verschiedener kardiovaskulärer Erkrankungen helfen.
Häufig gestellte Fragen
Ausführliche Bedeutung für die Industrie
Die standardisierte Quantifizierung der Kapillardichte mittels computergestützter Nagelfalzkapillarmikroskopie beantwortet die dringende Notwendigkeit einer reproduzierbaren Beurteilung des Mikrogefäßsystems im frühen Entdeckungs- und translationsmedizinischen Forschungsbereich. Diese Methode verringert Subjektivität und Benutzerermüdung und ermöglicht eine zuverlässige, quantitative Bewertung der Mikrozirkulation, die für die Krankheitsmodellierung und Zielstrukturvalidierung von Bedeutung ist. Ihre Reproduzierbarkeit und Effizienz unterstützt fundierte Entscheidungen an entscheidenden Wendepunkten in der Forschung zu kardiovaskulären und Stoffwechselerkrankungen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die objektive Quantifizierung mikrovaskulärer Veränderungen zur Hypothesenprüfung in Krankheitsmodellen.
- Unterstützt die funktionelle Zielvalidierung, indem standardisierte Messgrößen der Mikrozirkulation bereitgestellt werden.
- Erleichtert die mechanistische Risikominderung, indem die vom Bediener ausgehende Verzerrung bei der Beurteilung der Kapillardichte verringert wird.
- Verbessert die Vorhersagesicherheit für die frühe Portfolioauswahl in der vaskulären und metabolischen Forschung.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bereitet validierte, reproduzierbare bildbasierte Assays für die nachgeschaltete Wirkstoff-Screening vor.
- Standardisiert die Messung der Kapillardichte und verbessert dadurch die Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit des Assays.
- Liefert quantitative Ergebnisse, die für den Vergleich zwischen Studien und Standorten geeignet sind.
- Ermöglicht eine schnelle, halbautomatisierte Analyse zur Unterstützung der Bereitschaft für Hochdurchsatz-Screening.
Translationale und präklinische Forschung
- Verknüpft die Quantifizierung mikrovaskulärer Parameter mit krankheitsrelevanten Endpunkten zur Entwicklung translationaler Biomarker.
- Gewährleistet Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung, indem konsistente Messprotokolle ermöglicht werden.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung auf Basis robuster Mikrozirkulationsdaten.
- Verringert die translatorische Mehrdeutigkeit, indem quantitative Kapillarmetriken mit Krankheitsphänotypen verknüpft werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese computerisierte Kapillaroskopiemethode ist in den Übergang von der Entdeckung zur präklinischen Phase integriert und unterstützt sowohl die frühe Hypothesenprüfung als auch die translationale Abstimmung von Biomarkern.
- Entdeckungsbiologie: Ermöglicht reproduzierbare Hypothesenprüfungen und die Klärung von Signalwegen in der Mikrogefäßforschung.
- Screening: Bietet standardisierte, quantitative Angaben zur Kapillardichte für die Entwicklung von Assays und die Bewertung von Substanzen.
- Analytik: Ermöglicht objektive, statistische Vergleiche mikrovaskulärer Veränderungen über verschiedene experimentelle Bedingungen hinweg.
- Translationale Forschung: Unterstützt die Abstimmung von Biomarkern und die Kontinuität von in-vitro- zu in-vivo-Modellen, wenn die Mikrozirkulation ein relevanter Endpunkt ist.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet einen skalierbaren, halbautomatisierten Workflow, der auf verschiedene Krankheitsmodelle und Forschungsteams übertragbar ist.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen in mikrovaskulären Studien.
- Operativer Wert: Ermöglicht standardisierte, reproduzierbare und schnelle Quantifizierung mit minimalem Schulungsaufwand.
- Strategischer Wert: Verbessert Go/No-Go-Entscheidungen und Kapitalnutzungseffizienz, indem robuste, quantitative Endpunkte bereitgestellt werden.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von Programmen zu vaskulären und Stoffwechselerkrankungen.
Durchführungsaspekte
- Erfordert grundlegende Fachkenntnisse in der digitalen Bildgebung und der Interpretation von Kapillaroskopiebildern.
- Benötigt Zugang zu monochromen digitalen Kameras und kompatibler Software zur Bildanalyse.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise bei der Bildaufnahme und der Platzierung der interessierenden Regionen (ROI) über verschiedene Arbeitsgruppen hinweg, um Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.
- Kann auf verschiedene Krankheitsmodelle angewendet werden, bei denen die Mikrozirkulation ein relevanter Endpunkt darstellt.
- Die manuelle Auswahl der interessierenden Regionen (ROI) bleibt eine potenzielle Variabilitätsquelle und erfordert sorgfältige Einhaltung des Protokolls.
