Realtidsvisualisering af nyremikroperfusion ved hjælp af Laser Speckle Contrast Imaging

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

Wido Heeman ,a,b,c,*,† Hanno Maassen ,b,d,† Joost Calon,e Harry van Goor,d Henri Leuvenink,b Gooitzen M. van Dam,b og E. Christiaan Boerma f.

Abstrakt

Betydning:Intraoperative parametre afnyrekortikal mikroperfusion (RCM) er blevet forbundet med postoperativ iskæmi/reperfusionsskade. Laser speckle contrast imaging (LSCI) kunne give værdifuld information i denne henseende med den fordel i forhold til den nuværende standard for pleje, at den er en kontaktfri og fuldfeltsbilleddannelsesteknik.

Sigte:Vores undersøgelse har til formål at validere brugen af ​​LSCI til visualisering af RCM på ex vivo perfunderet svin i human størrelsenyreri forskellige modeller af hæmodynamiske ændringer.

Fremgangsmåde: Der blev foretaget en sammenligning mellem trenyreperfusionsmål: LSCI, den totale arterielle renal blodgennemstrømning (RBF) og sidestream dark-field (SDF) billeddannelse i forskellige indstillinger for iskæmi/reperfusion.

Resultater:LSCI viste en god korrelation med RBF for reperfusionseksperimentet ({{0}}.94 0.02; p < {{10}}.{{="" 15}}0{{20}}1)="" og="" kort-="" og="" langvarig="" lokal="" iskæmi="" (0.90="" 0.03;="" p="">< 0,0001="" og="" 0.="" 81="" 0.08;="" henholdsvis="" p="">< 0,0001).="" korrelationen="" faldt="" for="" situationer="" med="" lavt="" flow="" på="" grund="" af="" rbf-omfordeling.="" korrelationen="" mellem="" lsci="" og="" sdf="" (0.81="" 0.10;="" p="">< 0.0001)="" viste="" overlegenhed="" over="" rbf="" (0.54="" 0.22;="" p=""><>

Konklusioner:LSCI er i stand til at afbilde RCM med høje rumlige og tidsmæssige opløsninger. Det kan øjeblikkeligt opdage lokale perfusionsmangler, hvilket ikke er muligt med den nuværende standard for pleje. Yderligere udvikling af LSCI i transplantationskirurgi kan hjælpe med klinisk beslutningstagning.

Nøgleord:laser speckle kontrast billeddannelse; transplantation;nyre; sidestream mørk-felt billeddannelse;nyremikroperfusion.

Cistanche deserticola forhindrernyresygdom, klik her for at få prøven

1. Introduktion

Intraoperativt hæmmetnyrekortikal mikroperfusion (RCM) under for eksempel anastomose er blevet forbundet med iskæmi/reperfusionsskade-relaterede postoperative komplikationer.

Andre har vist potentialet af nær overflade-perfusionsbilleddannelse til forudsigelse af postoperative komplikationer, herunder reduceret kreatininclearance, forsinket graftfunktion og endda graftafstødning.1-4 Som sådan er det tænkeligt, at intraoperativ monitorering af RCM ved hjælp af optiske billeddannelsesmetoder kan understøtte kirurgisk beslutningstagning, hvilket kan føre til forbedret perfusion under organreperfusion og potentielt bidrage til en reduktion af ugunstige postoperative resultater.

Værdien af ​​de almindelige teknikker, såsom postoperativ duplex sonografi eller en arterielnyreblodgennemstrømning (RBF) sonde, til at overvåge total RBF er begrænset af det faktum, at sådanne teknikker ikke tager højde for lokale perfusionsheterogeniteter.5 Det er baseret på den misforståelse, at total RBF tilstrækkeligt afspejler RCM.6 Derfor er brugen af ​​teknikker, der kan påvisning af heterogenitet af blodgennemstrømning foretrækkes.7 Postoperativ duplex sonografi har evnen til at påvise lokale perfusionsmangler8 og er blevet valideret i flere undersøgelser. Dets generelle anvendelse er imidlertid begrænset af betydelig operatørafhængighed.5 Andre rapporterede om brugen af ​​kontaktbilleddannelsesmetoder til direkte at visualisere og kvantificere bevægelser af røde blodlegemer (RBC).2,3 Disse metoder gav lovende resultater med hensyn til visse afskæringsværdier for forsinket transplantatfunktion, postoperative kreatininniveauer eller endda allotransplantatafstødning med RCM-målinger udført så snart som 5 minutter efter reperfusion.1-4 Hovedbegrænsningen ved disse metoder er det lille (-1 mm2) synsfelt (FOV) i som RCM kan visualiseres. For nylig er indocyaningrøn (ICG) fluorescensbilleddannelse blevet introduceret for at vurdere RCM og for at korrelere den med det kliniske resultat afnyretransplantation.5,9,10 ICG-fluorescens er imidlertid svær at kvantificere10 og tilstedeværelsen af ​​et fluorescerende signal indebærer ikke umiddelbart et godt perfunderet organ.11 Administrationen af ​​det fluorescerende farvestof, som er påkrævet hver gang perfusionen måles, hæmmer også det kirurgiske indgreb.

Til dato mangler der stadig et objektivt, intraoperativt billeddannelsesværktøj, der kan hjælpe med at visualisere RCM under operationen. I dette papir rapporterer vi om brugen af ​​laser speckle contrast imaging (LSCI), en real-time, ikke-kontakt, fuldfelt billeddannelsesteknik med en stor FOV, der kan visualisere blodgennemstrømning i væv uden administration af et fluorescerende farvestof ,12 til at overvåge RCM i svin i menneskestørrelsevedr. Vi sigter mod at validere brugen af ​​LSCI som et værktøj til organ reperfusionsmåling under flere modeller af hæmodynamiske ændringer.

hvad bruges cistanche til: behandling af nyresygdomme

2 Materialer og metoder

2.1 Slagterietyrer

Seks slagteri-hentede svinenyrer blev hentet fra et lokalt slagteri. Grise (hunlige hollandske landrace-grise, ca. 5 måneder gamle med en gennemsnitsvægt på 130 kg) blev slagtet til forbrugsformål og blev håndteret i overensstemmelse med standardiserede juridiske procedurer. Grisene blev bedøvet af elektricitet og døde af blodsugning. Ca. 2 liter blod blev opsamlet i et bægerglas med 25,000 IE heparin (LEO Pharma A/S, Ballerup, Danmark) under afblødning. Nyrer blev fjernet fra kadaveret en bloc, nyrearterien blev dissekeret fri, og omgivende væv blev fjernet. Den venstre nyre blev brugt til alle forsøgene, da denne side viste en bedre synlig arteriel bifurkation. Efter 30 minutters varm iskæmi (dvs. tiden mellem stop af blodcirkulationen og starten af ​​kold skylning) blev nyrerne skyllet med 500 ml kolde 4 graders saltvand. Dernæst blev nyrerne installeret i en nyreholder og anbragt på den hypotermiske maskinperfusion (HMP) (Nyre Assist Transporter, Organ assist, Groningen, Holland) ved 4 grader og perfunderet i tre og en halv time ved et gennemsnitligt tryk på 25 mmHg. HMP blev oxygeneret (100 procent O2) med en hastighed på 100 ml∕min.

2.2 Normotermisk maskinperfusion

Opsætningen af ​​den normothermic machine perfusion (NMP) blev beskrevet i detaljer andetsteds13 ved brug af et centrifugalpumpehoved (Deltastream DP3, MEDOS Medizintechnik AG, Heilbronn, Tyskland) styret af egenudviklet software (Sophisticate, Labview, National Instruments, Austin , USA).14 Softwaren muliggør ikke kun både flow- og trykstyret perfusion, men gør det også muligt at skifte mellem det pulserende sinusformede og konstante flow.

Temperaturen blev reguleret ved hjælp af et Jubalo vandvarmesystem og indstillet til 37 grader. En integreret varmeveksler (HILITE 1000®, MEDOS Medizintechnik AG, Heilbronn, Tyskland) blev bygget i oxygenatoren. Flowsensoren er en clamp-on flowsensor (ME7PXL clamp®, Transonic Systems Inc., Ithaca, USA). Tryksensoren er en Truewave® engangstryktransducer (Edwards Lifesciences, Irvine, USA). Som et perfusionsmedium blev der anvendt 500 ml autologt leukocyt-depleteret blod. Blodet blev fortyndet med 300 ml Ringers laktat (Baxter, Utrecht, Holland) og suppleret med 10 ml 8,4 procent bicarbonat (B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Tyskland), 10 ml 5 procent glucose (Baxter, Utrecht, Holland) , 6 mg mannitol (Baxter, Utrecht, Holland), 0,33 ml dexamethason (Centrafarm, Etten-Leur, Holland), 100 mg∕200 mg amoxicillin/clavulansyre (Sandoz BV Almere, Holland), 90 mg kreatinin (Sigma) -Aldrich, St. Louis) og 0,1 ml natriumnitroprussid (Sigma-Aldrich, St. Louis). Plasma blev tilsat for at nå en hæmatokrit på 24 procent. En konstant infusion (20 ml∕h) af en blanding af 90 ml Aminosol (Aminoplasmal, B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Tyskland), 1 ml insulin (NovoRapid®, Novo Nordisk, Bagsværd, Danmark) og 3 ml bicarbonat blev vedligeholdt. Carbogen (95 procent O2 og 5 procent CO2) blev tilført via oxygenatoren med en flowhastighed på 500 ml∕min. Den komplette NMP-opsætning er vist i fig. 1.

2.3 Laser Speckle Contrast Imaging Opsætning

LSCI er baseret på princippet om sammenhængende laserlys, der tilbagespredes fra væv, som danner et pletmønster ved detektoren. Faseskiftet af dette tilbagespredte lys resulterer i et tilfældigt interferensmønster, de såkaldte pletter. På grund af bevægelse i vævet, dvs. bevægelse af røde blodlegemer, begynder interferensmønsteret at svinge, hvilket forårsager et dynamisk plettermønster, som sløres af detektorens begrænsede eksponeringstid. Plettekontrasten K beregnes ved hjælp af lign. (1).

hvor er standardafvigelsen af ​​intensiteten I over middelintensiteten hIi beregnet over et foldningsvindue i rum og/eller tid. En LSCI-opsætning blev bygget baseret på Lapvas-billeddannelse (LIMIS Development BV, Leeuwarden, Holland) analysesoftware, som tidligere er blevet demonstreret af vores gruppe til at kvalificere tarmmikrovaskulær blodgennemstrømning under in-vivo iskæmi/reperfusionseksperimenter.15 Et monokromt kamera ( CM-200GE®, Jai, København, Danmark) blev placeret på en fast 3D-printet holder for at sikre uforanderlighed i afstand og indfaldsvinkel for kameraet og laseren (fig. 1). Afstanden mellem kameraet og nyren var 20 cm med en resulterende FOV på 19 × 14 cm. Linsen (LM12JC®, Kowa, Düsseldorf, Tyskland) blev indstillet til et f-tal på 7, hvilket resulterede i ~2 pixels pr. plet, hvilket således opfyldte Nyquist-kriteriet.16 Et polarisatorfilter blev tilføjet for at minimere spejlende refleksioner. Billederne var 1624 × 1236 pixels og blev optaget med 3.125 frames∕s og en eksponeringstid på 40 ms. En længere eksponeringstid er påkrævet for at få tilstrækkelige pixelintensiteter som et resultat af kombinationen af ​​en lav-powered laser og stor FOV. Billederne blev analyseret ved hjælp af en tidsgennemsnitlig rumlig LSCI-algoritme med et rumligt 7 × 7 glidende vindue og et tidsmæssigt vindue på 7 rammer. En rød fiberkoblet laserdiode (λ ¼ 638 nm, 200 mW; Lionix International, Enschede, Holland) blev koblet til en optisk fiber med en kollimerende linse (12 mm ∅, − 12 mm FL-ubelagt dobbeltkonkav linse, Edmund Optics, New Jersey, USA) i den distale ende. Laseren blev monteret på en fast stang og indstillet til en udgangseffekt på 120 mW. Den samlede opsætning (fig. 1) blev placeret i en mørklagt boks for at blokere alt omgivende lys. 2D-perfusionskort blev genereret og vist i realtid under eksperimenterne, mens rå plettede billeder blev gemt til yderligere offline efterbehandling.

cistanche fordel: behandling af nyresygdomme

2.4 Hæmodynamiske eksperimenter

Vi har designet et sæt på fire hæmodynamiske eksperimenter for at studere LSCI som et værktøj til organperfusionsmåling (fig. 2). Under alle eksperimenter blev temperatur, tryk, (arteriel) RBF og nyremodstand målt. Efterfølgende målte vi den kortikale perfusion ved hjælp af LSCI. Disse eksperimenter var designet til at undersøge evnen til at skelne mellem godt og dårligt perfunderet væv over tid (afsnit 2.4.1 til 2.4.3) og analysere teknikkernes evne til at skelne mellem lokale perfusionsmangler, dvs. rumlig opløsning, og hastighed, hvormed dette detekteres, dvs. tidsmæssig opløsning (afsnit 2.4.3 og 2.4.4). Disse eksperimenter blev gentaget på fem forskellige nyrer. I en separat ekstra nyre har vi udført RBF, LSCI og sidestream dark-field (SDF) billeddannelse samtidigt, mens vi har udført gentagen lokal iskæmi og tre gasbolus-injektion (afsnit 2.5).

2.4.1 Reperfusionsforsøg

Validering af forholdet mellem RBF- og LSCI-værdierne er afgørende for klinisk brug. Udover ligheden med reperfusionen under en nyretransplantation, kunne dette eksperiment give os indsigt i sammenhængen mellem RBF- og LSCI-værdier i lav- og højflowværdier i henholdsvis begyndelsen og slutningen af ​​eksperimentet. Efter HMP og en kold skylning med 500 ml 0,9 procent NaCl, blev nyren installeret i NMP-organkammeret, opvarmet i 60 minutter med et tryk på 85 mmHg og en sinusformet strømning med en frekvens på 60 Hz for at efterligne en fysiologisk situation. I løbet af denne time opvarmes nyren fra 4 grader til 37 grader.

2.4.2 Flowforsøg

I lighed med reperfusionseksperimentet (afsnit 2.4.1) kunne dette eksperiment give os indsigt i sammenhængen mellem RBF og LSCI værdier på en trinvis og kontrolleret måde. Til dette eksperiment blev flowet skiftet fra sinusformet perfusion til konstant flow for at garantere et stabilt lineært flow uden interferens af det sinusformede mønster. Strømningen blev indstillet til en hastighed på 200 ml∕ min. Forsøget blev startet ved 150 ml∕min i tilfælde af, at nyren ikke nåede flowet på 200 ml∕min efter opvarmningsfasen. Strømmen blev reduceret med trin på 50 ml∕min hvert 4. minut. Flow blev efterfølgende øget med trin på 50 ml∕min til startniveauet, når et flow på 50 ml∕min blev nået. Dette eksperiment blev udført to gange i træk på hver nyre.

2.4.3 Lokal iskæmi

Vi kunne evaluere evnen til at skelne mellem godt og ikke-perfunderet væv i FOV ved at inducere et lokalt iskæmisk område. Den hastighed, hvormed den store lokale perfusionsforskel kan visualiseres, giver en indikation af den kliniske merværdi i tilfælde af et uønsket lokalt perfusionsunderskud under en nyretransplantation. Et kateter (4F arterial Embolectomy Catheter, Edward Lifescience, Irvine, USA) blev indsat i nyrearterien før NMP og sutureret i den nedre bifurkation af nyrearterien. Kateteret blev oppustet, hvilket inducerede lokal iskæmi i den ene del af nyren. Iskæmien blev induceret to gange. Den første gang blev en kort 5-min varm iskæmisk periode efterfulgt af en 10-min restitutionstid. Anden gang blev en lang 15-min varm iskæmisk periode efterfulgt af en 40-min restitutionstid.

2.4.4 Gasbobleinfusion

Selvom lokal iskæmi (afsnit 2.4.3) forårsager et stort perfusionsunderskud, tester dette eksperiment evnen til at skelne mellem disse områder med lokal reperfusion og at observere disse i tide. Infusionen af ​​en arteriel gasbolus inducerer kort fuldstændig iskæmi, der efterfølges af små områder med lokal reperfusion med til sidst fuldstændig reperfusion af nyren. Gassen danner en emboli i blodkarret. Disse emboli forhindrer blod i at passere igennem og hæmmer derved perfusionen. Når gassen opløses i perfusionsmediet, forsvinder embolien, og perfusionen kommer igen. Den hastighed, hvormed dette sker, afhænger af den indsprøjtede gas og dens relative opløselighed (dvs. O2 og CO2 opløses hurtigere end N2). Som det sidste eksperiment blev 4 ml af de respektive gasser injiceret i arterielinjen. Først med O2, efterfølgende efterfulgt hvert 10. minut af carbogen (95 procent O2 og 5 procent CO2), rum-luft og N2.

2.5 Sidestream Dark-Field Imaging Eksperimenter

SDF-billeddannelse kan spore bevægelsen af ​​individuelle RBC'er, hvilket muliggør kvantitative blodgennemstrømningsmålinger og påvisning af subtile mikrovaskulære ændringer.17-19 SDF-billeddannelse er en kontaktmetode med en relativt lille FOV på ~1 mm2. Enheden har en samlet forstørrelse på 750×. Indtrængningsdybden er omkring 750 μm. Den lille FOV i kombination med en lavvandet

penetrationsdybde og det faktum, at det er en kontaktmetode, gør SDF-billeddannelse mindre end ideel til visualiseringen eller RCM. Det grønne lys, der udsendes af systemet, spredes gennem vævet og absorberes af hæmoglobinet i røde blodlegemer, hvilket resulterer i mørke røde blodlegemer i modsætning til baggrundsvæv. Brug af SDF-billeddannelse som et kvantitativt mål for blodgennemstrømning giver os mulighed for at sammenligne RBF og LSCI med SDF. Det skal dog bemærkes, at RBF måler både kortikalt og medullært blodgennemstrømning, hvorimod LSCI og SDF kun måler RCM med forskellen på at være fuldt felt (LSCI) versus en lille FOV (SDF). SDF-mikroskopet (MicroScan Video Microscope System, MicroScan BV, Amsterdam, Holland) blev holdt på plads ved hjælp af et stativ forbundet til et laboratoriebord for at minimere bevægelsesartefakter. Stativet har X- og Y-akse præcisionsjusteringsskruer til at placere mikroskopet vinkelret på nyrebarken uden at inducere trykartefakter. Spidsen af ​​SDF-mikroskopet var dækket med en plastikhætte. Billeder blev optaget ved 10 billeder∕s med en opløsning på 720 × 576 pixel. Videosignalet blev digitaliseret ved hjælp af en S-VHS til USB frame grabber og gemt på en computer til yderligere offline behandling. SDF-mikroskopet bruger pulserende grønne lysemitterende dioder, der er placeret rundt om den ladningskoblede enhed i spidsen af ​​mikroskopet. Dataene blev analyseret ved hjælp af brugerdefineret software (Matlab, Mathworks, Natick, Massachusetts), der beregnede den gennemsnitlige pixelintensitet (MPI) inden for hele billedet ved at tage den gennemsnitlige pixelintensitet. MPI er et mål for antallet af røde blodlegemer. Efterhånden som antallet af RBC'er inden for rammen stiger, bliver billederne mørkere, og derfor er MPI'en et relativt mål for antallet af RBC'er (Video 3). Området af interesse for laser speckle perfusion units (LSPU) blev placeret 1 cm væk fra SDF-kameraet.

Nyrekapslen skulle fjernes lokalt ved spidsen af ​​SDF-mikroskopet for at kunne afbilde RCM under denne del af eksperimenterne. SDF-billeddannelse, RBF-målinger og LSCI blev udført samtidigt i kun én nyre på grund af den komplekse natur af billeddannelse af RCM ved hjælp af SDF-billeddannelse. Fem på hinanden følgende gentagelser af de korte lokale iskæmi-eksperimenter blev udført efterfulgt af tre gasinjektioner med henholdsvis oxygen, en med rumluft og en med nitrogen.

2.6 Dataanalyse

Data præsenteres som middel SD, medmindre andet er angivet. Korrelationerne mellem LSCI i LSPU (AU) og RBF (ml/min) og SDF i MPI (AU) blev beregnet ved hjælp af en bestemmelseskoefficient, R2. Anvendelige parametriske parrede tests blev brugt. En p-værdi på<0.05 was="" considered="" statistically="" significant.="" the="" experiments="" described="" in="" sec.="" 2.4="" were="" repeated="" five="" times="" to="" rule="" out="" unique="">

cistanche tubulosa ekstrakt gavner nyrerne

3 resultater

Gennemsnitsvægten af ​​de seks slagteri nyrer var 338.1 24.0 g.

3.1 Reperfusionseksperiment

Reperfusionsforsøget blev udført fem gange i fem nyrer. I løbet af timen blev alle nyrer varmet op til 37 grader, hvilket førte til en stigning i RCM (fig. 3.). Dette eksperiment viste en lighed med reperfusionen under nyretransplantation. Korrelationen mellem den normaliserede LSPU (AU) og RBF (ml/min) var R2 ¼ 0.94 0.02 (p < 0,0001).="" den="" gode="" korrelation="" kan="" forklares="" med="" en="" nyres="" tendens="" til="" at="" allokere="" blod="" til="" cortex="" først,="" hvilket="" er="" det="" flow,="" vi="" måler="" ved="" hjælp="" af="">

3.2 Floweksperiment

Flowforsøget blev udført 10 gange i fem nyrer. R2 for den normaliserede LSPU (AU) og RBF (ml/min) var 0.59 0,31 (p > 0,05). En ændring i total RBF blev ikke efterfulgt af en lignende ændring i cortex (dvs. RCM), hvilket resulterede i en moderat korrelation. Som det ses i fig. 4, synes der at være en hæmodynamisk reaktion, der omdirigerer flow til cortex. Der var en tilsyneladende hæmodynamisk respons, når RBF blev reduceret i en lav flow-tilstand (~ 100 ml ∕ min). Når RBF blev øget, blev der observeret en klassisk kortvarig reperfusionsoverskridelse.

3.3 Lokal iskæmi

Det lokale iskæmi-eksperiment blev udført på fem nyrer. Forsøget mislykkedes for to nyrer; den ene på grund af funktionsfejl i ballonkateteret og den anden på grund af udseendet af det iskæmiske område på den bageste side af nyren. Typiske billeder er vist i fig. 5(a) og 5(b). Dataene er afbildet i søjlediagrammer i fig. 5(c), og et typisk spor af en iskæmisk region af interesse er vist i fig. 5(d). Resultaterne af den korte (5 min) og den lange (15 min) iskæmiske periode er fundet i tabel 1. De korte og lange iskæmiske perioder viste ingen signifikante forskelle. Basislinjen er gennemsnittet af tidsperioden før induktionen af ​​den lokale iskæmi. Iskæmien er gennemsnittet af den iskæmiske periode. Reperfusionen er den maksimale værdi umiddelbart efter frigivelsen af ​​den lokale iskæmi, og postokklusionen er gennemsnittet af tiden efter reperfusionen. LSPU-værdierne er normaliserede sammenlignet med basislinjen.

3.4 Gasbobleinfusion

Gasboble-infusionen blev udført én gang på fem nyrer og karakteriseret ved en langsom, lokal tilbagevenden af ​​RCM, som afbildet i fig. 6. Dataene kan findes i tabel 2, hvor det relative fald i LSPU er beregnet i forhold til baseline-niveauet . Stigningstiden er defineret som den tid, det tager for LSPU'en at vende tilbage til basislinjeniveauet. Dette var længere end 600 s for nitrogen og derfor kunne den nøjagtige stigetid ikke måles. R2 blev beregnet med LSPU (AU) og RBF (ml/min). Dataene er visualiseret i søjlediagrammer i fig. 7(a) og 7(b) for henholdsvis det gennemsnitlige fald ( procent ) og stigetid (s). Figur 7(c) viser typiske LSCI-spor for dette eksperiment i en nyre.

3.5 Sidestream Dark-Field Imaging Sammenligning

Resultaterne af den lokale iskæmi, oxygen, rumluft og nitrogeninjektion er vist i tabel 3. Alle forsøg blev udført på den samme nyre. Et repræsentativt eksempel på LSCI-pseudofarvebillederne og de tilsvarende SDF-billeder er vist i fig. 8 og video 3. SDF-LSPU viste den bedste overordnede korrelation sammenlignet med LSPU-RBF- og SDF-RBF R2--værdierne .

cistanche-ekstrakt til behandling af kroniske nyresygdomme

4 Diskussion

Vi rapporterer om visualiseringen af ​​RCM ved hjælp af ex vivo perfunderede human-størrelse svineslagteri nyrer i forskellige modeller af iskæmi/reperfusion. De lokale reperfusionseksperimenter viste en høj korrelation mellem LSCI og SDF, bedre end LSCI korrelationer med RBF. Den gode korrelation mellem LSCI og SDF understreger den høje tidsmæssige og rumlige opløsning af LSCI i dets evne til at visualisere RCM. LSCI viser ikke kun en klar skelnen mellem perfunderet og ikke-perfunderet væv, men det sporer også den forbigående iskæmi, induceret ved injektion af gasser med forskellige absorptionsegenskaber, i realtid. Alligevel bør effekten af ​​overvågningen af ​​kortikal mikroperfusion nær overfladen på klinisk beslutningstagning undersøges yderligere i et klinisk forsøg.

Reperfusionsforsøget viste en høj korrelation mellem RBF og LSCI, hvilket indikerer, at reperfusionen efter iskæmi under nyretransplantation kunne overvåges ved hjælp af LSCI. Dette har den fordel i forhold til konventionelle intrarenale prober, idet det kan detektere lokale perfusionsmangler på et tidligt stadium. Den lille forskel mellem RBF og LSCI kan potentielt forklares af nyrens omfordelingsmekanisme20, da perfusionen af ​​medulla og cortex er en dynamisk proces og påvirkes af hæmodynamiske faktorer. Vores data har indikeret, at en stabil RBF er lig med stabil kortikal perfusion, da perfusionen af ​​cortex og medulla kan ændre sig over tid og er uafhængige af hinanden (f.eks. når RBF ikke ændres, kan LSCI stadig detektere den lokale perfusionsunderskud).

Under floweksperimentet med en trinvis ændring i total RBF viste LSCI kun en moderat korrelation med total RBF. Vi antager, at det funktionelle væv i cortex bevares på bekostning af en reduktion i flow til medulla som reaktion på et fald i RBF. Dette ville resultere i en omdirigering af flow til cortex (dvs. RCM).20 I vores data, når RBF blev reduceret, steg RCM gradvist efter hvert fald i total RBF som et resultat af autoregulering til fordel for RCM. Men da RBF blev øget i situationer med lavt flow, blev det modsatte vidne til.

Den lokale iskæmi var umiddelbart synlig på live-feedet i realtid. Forsøget har en god korrelation for både den korte og lange iskæmiske periode, som er sammenlignelig med den korrelation, der blev fundet under LSCI-SDF sammenligningen. Dette kan forklares med det faktum, at der ikke er noget blod at omfordele, så faldet i flow er proportionalt med RBF. Det viser øjeblikkeligt en skelnen mellem godt og ikke-perfunderet væv, hvorimod synlig vævsmisfarvning tager længere tid. Denne hurtige og nøjagtige vurdering af RCM fra LSCI har en potentiel klinisk effekt. For eksempel rapporterede Hoffman et al.9 om et perfusionsunderskud, der er umærkeligt for det menneskelige øje, og som kunne genoprettes ved at genplacere organet i iliac fossa. LSCI's evne til forbigående at spore infusionen af ​​forskellige gasser med forskellige absorptionsegenskaber demonstrerer den høje rumlige og tidsmæssige opløsning. Dette demonstreres af den gode korrelation mellem LSCI-SDF og en dårlig korrelation mellem LSCI-RBF. I den relativt lange periode, før nitrogen er opløst i blodet, genoprettes RBF langsomt, mens cortex tager længere tid at genoprette den fulde blodgennemstrømning. Dette resulterer i en relativt dårlig korrelation, hvilket understreger vigtigheden af ​​brugen af ​​LSCI.

Som nævnt før visualiserer SDF-billeddannelse direkte individuelle RBC'er. Sammenligning af LSCI med både SDF og RBF giver os værdifuld information om perfusionen målt ved hjælp af LSCI. SDF-billeddannelse af en nyre er imidlertid kedelig og nødvendig fjernelse af nyrekapslen, hvilket gør den uegnet til klinisk praksis. De gode sammenhænge mellem LSCI og SDF indikerer således, at LSCI kan give værdifuld information med fordelen af ​​at være en kontaktfri og fuldfeltsbilledmetode.

Et vigtigt klinisk behov, hvor LSCI let kan implementeres, er organtransplantation. Da forlænget anastomosetid er skadelig for organkvaliteten21, kunne hurtig og nem visualisering af den nære overflade RCM hjælpe med at forbedre transplantationsresultatet, især da der er en sammenhæng mellem den tidlige intraoperative tilstand af mikroperfusion og postoperative udfald.1-4 Vi antager, at visualisering af iskæmiske områder og vaskulære obstruktioner uden forsinkelse direkte efter reperfusion af organet kunne hjælpe kirurgen i den kliniske beslutningstagning. Alligevel skal dette undersøges yderligere i kliniske forsøg. Denne intraoperative billeddannelse har potentiale til at reducere reoperationsraten sammenlignet med den nuværende kliniske standard med postoperativ billeddannelse såsom duplex sonografi. Ved direkte at vise kirurgen, hvis og hvor der er et perfusionsunderskud, kan der træffes modvirkende foranstaltninger. Dette tager ikke kun højde for transplantationskirurgi, men for enhver form for operation, hvor hele organperfusion er af interesse.

Brugen af ​​LSCI er allerede blevet beskrevet i rottenyrer,22-28, men der mangler stadig litteratur om dets anvendelse på nyrer på størrelse med mennesker. Den kliniske anvendelse ville være mulig, da LSCI allerede er blevet brugt i et klinisk miljø.15

En af de vigtigste udfordringer, der skal overvindes, før LSCI kan implementeres i klinisk praksis, er bevægelsesartefakter.29 Til disse eksperimenter har vi fikseret nyren ved hjælp af pipettespidser for at eliminere den mulige effekt af bevægelse. Men in vivo vil nyren blive udsat for bevægelse som følge af respiratoriske bevægelser og pulseringer af hjertet under transplantation. Andre har forsøgt at overvinde dette ved hjælp af fiducielle markører.30,31 Denne løsning er ikke ønskelig til nyretransplantationer på grund af det invasive aspekt ved at fastgøre den fiducielle markør. En anden potentiel begrænsning er den lave indtrængningsdybde for LSCI på omkring 0,4 til 1 mm afhængig af bølgelængden.32,33 Ikke desto mindre begrænser dette ikke brugen af ​​LSCI, da vores data viser, at iskæmi er direkte påviselig i RCM.

5 Konklusion

I omgivelserne med ex vivo maskinperfunderede svinenyrer i human størrelse var LSCI i stand til at detektere lokale ændringer i RCM med en høj rumlig og tidsmæssig opløsning. I forskellige indstillinger af lokal iskæmi korrelerede LSCI godt med SDF-billeddannelse. LSCI korrelerer dog ikke altid fuldt ud med den totale RBF på grund af heterogenitet af blodgennemstrømningen mellem medullær og kortikal mikrocirkulation, hvilket understreger merværdien i forhold til konventionelle arterielle flowsensorer. Implementeringen af ​​LSCI under transplantationskirurgi kan hjælpe med tidlig etablering af en passende behandlingsplan direkte efter reperfusion af organet.

For at forhindre nyresvigt med cistanche, klik her for at få prøven

Wido Heeman,a,b,c,*,† Hanno Maassen,b,d,† Joost Calon,e

Harry van Goor,d Henri Leuvenink,b Gooitzen M. van Dam,b og

E. Christiaan Boerma ved Universitetet i Groningen, Faculty Campus Fryslân, Leeuwarden, Holland

bUniversity Medical Center Groningen, Department of Surgery, Groningen,

Holland cLIMIS Development BV, Leeuwarden, Holland dUniversity Medical Center Groningen, Institut for Patologi og Medicinsk Biologi,

Groningen, Holland eZiuZ Visual Intelligence, Gorredijk, Holland fMedical Center Leeuwarden, Department of Intensive Care, Leeuwarden, Holland

Anerkendelser

Dette arbejde blev støttet af viden- og innovationsfonden under Samenwerkingsverband Noord Nederland (SNN) under bevilling nr. KEI18PR004.

Referencer

1. TWL Scheeren et al., "Prognostisk værdi af intraoperativ nyrevævsiltningsmåling på tidlig nyretransplantationsfunktion," Transpl. Int. 24(7), 687-696 (2011).

2. V. Schmitz et al., "In vivo visualisering af tidlige mikrocirkulatoriske ændringer efter iskæmi/reperfusionsskade ved human nyretransplantation," Eur. Surg. Res. 40(1), 19-25 (2008).

3. R. Hattori et al., "Direkte visualisering af kortikal peritubulær kapillær af den transplanterede humane nyre med reperfusionsskade ved hjælp af en forstørrelses-endoskopi," Transplantation 79(9), 1190-1194 (2005).

4. M. Angelescu et al., "Vurdering af nyretransplantatfunktion ved perioperativ overvågning af kortikal mikrocirkulation ved nyretransplantation," Transplantation 75(8), 1190-1196 (2003).

5. U. Rother et al., "Dosering af indocyaningrøn til intraoperativ laserfluorescensangiografi ved nyretransplantation," Microcirculation 24(8) (2017).

6. CJ Lumsden et al., "Vaskulær udveksling i nyren: regional karakterisering ved multiple indikator tomografi," Circ. Res. 72(6), 1172-1180 (1993).

7. NJ Crane et al., "Bevis for en heterogen vævsiltning: nyreiskæmi/reperfusionsskade i et stort dyr," J. Biomed. Opt. 18(3), 035001 (2003).

8. R. Król et al., "Intraoperativt modstandsindeks målt med transonisk flowmåler på nyretransplantatarterie kan forudsige tidlig og langsigtet graftfunktion," Transplant. Proc. 43(8), 2926-2929 (2011).

9. C. Hoffmann et al., "Intraoperativ vurdering af nyre allograft perfusion ved laser-assisteret indocyanin grøn fluorescens videografi," Transplant. Proc. 42(5), 1526-1530 (2010).

10. U. Rother et al., "Kvantitativ vurdering af mikroperfusion ved indocyaningrøn angiografi i nyretransplantation ligner kroniske morfologiske ændringer i nyreprøver," Microcirculation 26(3), e12529 (2019).

11. EL Towle et al., "Sammenligning af indocyanin grøn angiografi og laser speckle kontrast billeddannelse til vurdering af vaskulature perfusion," Neurosurgery 71(5), 1023-1031 (2012).

12. AF Fercher og JD Briers, "Flowvisualisering ved hjælp af enkelteksponeret specklefotografering," Opt. Commun. 37(5), 326-330 (1981).

13. H. Maassen et al., "Hydrogen sulfide-induced hypometabolism in human-sized porcine kidneys," PLoS One 14(11), e0225152 (2019).

14. MBF Pool et al., "Normotermisk maskinperfusion af er kemisk beskadigede svinenyrer med autologe, allogene porcine og humane røde blodlegemer," PLoS One 15(3), e0229566 (2020).

15. W. Heeman et al., "Anvendelse af laser speckle contrast imaging i laparoskopisk kirurgi," Biomed. Opt. Express 10(4), 2010 (2019).

16. SJ Kirkpatrick, DD Duncan og EM Wells-Gray, "Skadelige virkninger af speckle-pixel size matching in laser speckle contrast imaging," Opt. Lett. 33(24), 2886 (2008).

17. AFJ de Bruin et al., "Kan sidestream dark field (SDF) billeddannelse identificere subtile mikrovaskulære ændringer i tarmen under kolorektal kirurgi?" Tech. Coloproctol. 22(10), 793-800 (2018).

18. AFJ de Bruin et al., "Sidestream dark-field imaging of the serosal microcirculation under gastrointestinal operation," Color. Dis. 18(3), O103-O110 (2016).

19. ALM Tavy et al., "Tarmslimhinde og serosal mikrocirkulation ved den planlagte anastomose under abdominal kirurgi," Eur. Surg. Res. 60(5-6), 248-256 (2020).

20. RG Evans et al., "Hæmodynamiske påvirkninger på nyreiltning: kliniske implikationer af integrativ fysiologi," Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 40(2), 106-122 (2013).