Fastställande av normala intervall för mikrocirkulationsfunktioner som bestäms av CytoCam-IDF-bildbehandling

Bakgrund

Sepsis är ett mycket heterogent sjukdomstillstånd som orsakas av ett oreglerat värdsvar på systemisk infektion, med okontrollerade pro- och antiinflammatoriska processer som leder till kollateral vävnadsskada och immunsuppression.

Sepsis utgör en betydande hälsobörda över hela världen, med dödsfall som tillskrivs i Storbritannien som uppskattas till cirka 44 000 per år. Snabb behandling styrd av internationellt överenskomna ledningsriktlinjer förbättrar resultaten vid sepsis. Tidig diagnos av sepsis är dock fortfarande svår, med nuvarande diagnostiska kriterier som förlitar sig på närvaron av organdysfunktion och störningar av makrohemodynamiska variabler. Vid diagnostillfället är dödligheten över 10 %. För närvarande finns det inga specifika kriterier för diagnos av sepsis baserat på de bakomliggande patofysiologiska abnormiteterna, specifikt på bedömning av mikrocirkulationen.

Mikrocirkulationen i sepsis

Mikrocirkulationen består av ett tätt nätverk av arterioler, kapillärer och venoler, vars diameter är mindre än 150 um. Dess funktioner är att tillföra näringsämnen och syre för aerob metabolism och att minska cellulära avfallsprodukter.

Sepsis påverkar alla delar av mikrocirkulationen, med mikrocirkulatorisk dysfunktion som spelar en viktig roll i patofysiologin för svår sepsis och septisk chock. Sepsis är associerad med minskad kapillärdensitet och ökad perfusionsheterogenitet som leder till minskad syretillförsel, vävnadshypoxi och därefter organdysfunktion. Förändringar i mikrocirkulationsfunktionen kan föregå de traditionella diagnostiska egenskaperna för sepsis, vilket ger tidigare information om patienter som kommer att fortsätta att utveckla svår sepsis och multiorgansvikt. Igenkänning av sepsis i detta tidiga skede skulle möjliggöra omedelbar behandling, som syftar till att återställa homeostas i mikrocirkulationen, och därför förändra sjukdomsprogressionen.

Ett antal studier har visat att förbättringar i mikrocirkulationsfunktionen efter tidig återupplivning är förknippade med minskad organdysfunktion, och de patienter vars mikrocirkulationer inte förbättras efter återupplivning har sämre resultat. Trots erkännande av vikten av mikrocirkulationen vid sepsis, är nuvarande målriktade slutpunkter beroende av övervakning och återställande av globala mätningar av kardiovaskulär/organfunktion (t. hjärtfrekvens, blodtryck, urinproduktion, laktat), delvis för att mikrocirkulationen är svår att övervaka i klinisk praxis. Förbättring av makrohemodynamiska variabler garanterar dock inte återställande av mikrocirkulatorisk homeostas. Klinisk bedömning av mikrocirkulationsfunktionen härleds för närvarande från mätningen av biprodukter som genereras på grund av nedsatt syresättning/metabolism såsom laktat och koldioxid.

Videomikroskopiska tekniker för bedömning av mikrocirkulationen

Videomikroskopiska tekniker ger in vivo-visualisering av mikrocirkulationen, vilket möjliggör direkt mätning av kapillärdensitet, perfusion och flödesdynamik. Tills nyligen har dessa tekniker, som har inkluderat Ortogonal Polarization Spectral (OPS) avbildning och Sidestream Dark Field (SDF) avbildning, varit kliniskt otillgängliga på grund av deras skrymmande natur, operatörsberoende utdata och tidskrävande offlineanalyskrav.

Ett tredje generationens handhållna mikroskop har nyligen utvecklats (CytoCam-IDF, Braedius Medical, NL), som använder Incident Dark Field (IDF) belysning. Enheten innehåller automatiserad digital bildanalys i realtid, kombinerat med högupplösta linser och en datorstyrd bildsensor för förbättrad upplösning. CytoCam har också en ny kvantitativ fokuseringsmekanism med ett integrerat avståndsmätningssystem, varvid när fokusdjupet har fastställts för en specifik patient kan seriemätningar göras utan att manuellt behöva justera fokus, vilket förbättrar hastigheten och enklare mätningar. Den här nya enheten presterar bra jämfört med tidigare enheter, och ger förbättrad kontrast och bildskärpa som gör att ett ökat antal mikrokärl kan visualiseras.

Avgörande är att CytoCam är utrustad med skräddarsydd programvara som gör att bilder kan lagras och analyseras automatiskt vid förvärvstillfället. Mikrocirkulationsövervakning är inte en ny teknik, men kombinationen av användarvänlig ergonomi, exakt bildinsamling och automatiserad analys öppnar upp för denna potentiellt användbara direkta mätning av mikrocirkulationsfunktionen för klinisk praxis vid sängkanten.

Analys av den sublinguala mikrocirkulationen En rundabordsdiskussion 2006 av experter på området försökte klargöra de egenskaper som borde inkluderas i mikrocirkulationsanalys, och drog slutsatsen att bedömning av mikrocirkulationen bör innefatta mått på vaskulär täthet, bedömning av kapillär perfusion och en heterogenitet index (i kärl av

Dessa uppmätta variabler är:

Microvascular Flow Index (MFI) - Perfusionskvalitet Bild uppdelad i kvadranter. Ett nummer tilldelas varje kvadrant enligt dominerande flödestyp (0 = inget flöde, 1 = intermittent, 2 = trögt, 3 = kontinuerligt). MFI är resultatet av medelvärdet av de fyra värdena.

Total Vessel Density (TVD) Vessel density - Den totala längden av kärlen dividerat med den totala ytan av det analyserade området.

Perfused Vessel Density (PVD) - Funktionell kärldensitet Total längd av perfuserade kärl (MFI-poäng 2/3) dividerat med det analyserade området.

Proportion av perfuserade kärl (PPV) - Perfusionskvalitet 100 x antalet perfuserade kärl dividerat med det totala antalet kärl. Heterogenitetsindex (HI) Mått på heterogeniteten i flödet mellan kärlen. Högsta MFI - lägsta MFI dividerat med medel MFI över alla analyserade platser

Jämfört med friska frivilliga visar patienter med sepsis lägre värden för PVD, PPV och MFI, tillsammans med ökat heterogenitetsindex, oavsett makrohemodynamiskt tillstånd. Den totala kapillärdensiteten verkar vara opåverkad av sepsis. Dessa fynd bekräftades av den internationella studien om mikrocirkulationschockförekomst hos akut sjuka patienter (microSOAP).

MicroSOAP-studien är hittills den största studien som undersöker betydelsen av mikrocirkulationsförändringar i en heterogen ICU-population (dvs. inte bara de med sepsis). Med hjälp av den tidigare generationen av liknande teknologi fann forskarna att av de 501 patienter som inkluderades för analys hade 86 (17 %) en onormal MFI (definierad a priori som

CytoCam Tools automatiserad analys

CytoCam Tools är den proprietära programvaran som levereras med den ovannämnda mikrocirkulationsmonitorn. Den använder en ny analysteknik som kallas Capillary Network Analysis (CNA) där mikrocirkulationen analyseras automatiskt och i en användaroberoende karaktär genom en tvåstegsprocess som inkluderar automatisk kärldetektering (beroende på diametern på visualiserade kärl), följt av en bedömning av hastigheten för röda blodkroppar i de identifierade kärlen.

Följande mikrocirkulationsvariabler bestäms sedan automatiskt.

• Total Vessel Density (TVD) - Total längd för alla detekterade kärl dividerat med den behandlade ytan.
• Hastighetsindex (SI) - Relativt tal som härrör från intensitetsvariationen längs ett fartygs mittlinje, vilket beskriver den hastighet som detekteras i fartyget.
• Perfused Speed ​​Index (PSI) - SI i ett kärl där SI är högre än perfusionströskeln (PT).
• Average Perfused Speed ​​Indicator (APSI) - Summan av alla PSI-värden dividerat med det totala antalet perfuserade kärl.
• Andel perfuserade kärl (PPV) - Total längd av alla kärl med en SI högre än PT, dividerat med den totala längden av alla upptäckta kärl x 100,
• Perfused Vessel Density (PVD) - Total längd av alla kärl med en SI högre än PT dividerat med den bearbetade ytan.
• Average Perfused Speed ​​Indicator Heterogeneity Index (APSI HI) - Bild uppdelad i kvadranter och APSI härledd för varje kvadrant. APSI högsta minus lägsta APSI dividerat med medel-APSI för alla kvadranter.

Bedömningen av PPV och PVD bygger på automatiserad analys av röda blodkroppars hastighet i identifierade kärl. För att uppnå detta ställs en förutbestämd perfusionströskel (PT) in. PT beskriver flödestillståndet inom identifierade kärl och kan variera från 0 till oändligt. Tillverkningsbedömning har fastställt att en PT på över 1 överensstämmer med ett "perfunderat tillstånd" och detta kan delas upp ytterligare enligt följande:

Perfusionströskel

Flödestillstånd 0 - 1 = Inget flöde 1 - 5 = Trögt 5 eller högre = Bra flöde Normala intervall för dessa automatiskt uppmätta variabler i hälsa är för närvarande okända. Att förstå de normala intervallen skulle göra det möjligt för oss att använda denna teknik i framtida studier om tidig diagnos av septisk sjukdom. Identifiering av patienter i ett tidigt skede i den patofysiologiska processen av sepsis innan utvecklingen av traditionellt diagnostiska makrocirkulationsavvikelser kan möjliggöra tidigare implementering av behandling.

Logisk grund

CytoCam-systemet kan representera ett steg mot en mer användarvänlig, reproducerbar, kliniskt tillämpbar metod för att mäta och agera på förändringar i mikrovaskulär funktion för att förbättra kliniska resultat. Normalintervallen för dessa mätningar är dock inte kända, utan vilka ytterligare studier inte kan ske. Denna studie kommer att identifiera de normala intervallen för de automatiskt bestämda mätningarna härledda av CytoCam-systemet hos friska försökspersoner, och öppna nya möjligheter för studier, som vi förväntar oss kommer att vara inriktade på tidig identifiering av patienter med mikrocirkulatorisk dysfunktion (som finns i sepsis) ; vars mikrocirkulationsparametrar faller utanför dessa nyligen definierade intervall. Detta kommer att vara det första steget för att gå mot rutinmässig mikrocirkulationsövervakning vid sängen på vår intensivvårdsavdelning.

Detta arbete bygger på projekt som för närvarande pågår inom Diagnostic Development Unit (DDU) baserad på Leicester Royal Infirmary. DDU är ett interkollegialt projekt mellan University of Leicester mellan medicin, rymdvetenskap och atmosfärskemi, som utforskar användningen av nya icke-invasiva monitorer inom akutmedicin och kritisk vård.

Population som ska studeras

MÅL

För att identifiera de normala intervallen för automatiskt uppmätta mikrocirkulationsvariabler som bestäms av CytoCam-systemet i olika vuxna åldersgrupper.