Realtime visualisatie van niermicroperfusie met behulp van laserspeckle-contrastbeeldvorming

Contactpersoon: 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 en E. Christiaan Boerma v

Abstract

Betekenis:Intraoperatieve parameters vanniercorticale microperfusie (RCM) is in verband gebracht met postoperatieve ischemie/reperfusieschade. Laser speckle contrast imaging (LSCI) zou in dit opzicht waardevolle informatie kunnen bieden met het voordeel ten opzichte van de huidige standaard van zorg dat het een contactloze en full-field beeldvormingstechniek is.

Doel:Onze studie heeft tot doel het gebruik van LSCI voor de visualisatie van RCM op ex vivo geperfuseerde varkens van menselijke grootte te validerennierenin verschillende modellen van hemodynamische veranderingen.

Aanpak: Er is een vergelijking gemaakt tussen drienierperfusiemetingen: LSCI, de totale arteriële renale bloedstroom (RBF) en sidestream dark-field (SDF) beeldvorming in verschillende instellingen van ischemie/reperfusie.

Resultaten:LSCI toonde een goede correlatie met RBF voor het reperfusie-experiment ({{0}}.94 0.02; p < {{10}}.{{="" 15}}0{{20}}1)="" en="" kortdurende="" en="" langdurige="" lokale="" ischemie="" (0.90="" 0.03;="" p="">< 0,0001="" en="" 0.="" 81="" 0,08;="" p="">< 0,0001,="" respectievelijk).="" de="" correlatie="" nam="" af="" voor="" situaties="" met="" een="" lage="" stroming="" als="" gevolg="" van="" rbf-herverdeling.="" de="" correlatie="" tussen="" lsci="" en="" sdf="" (0.81="" 0.10;="" p="">< 0.0001)="" toonde="" superioriteit="" ten="" opzichte="" van="" rbf="" (0.54="" 0.22;="" p=""><>

conclusies:LSCI is in staat om RCM af te beelden met hoge ruimtelijke en temporele resoluties. Het kan onmiddellijk lokale perfusietekorten detecteren, wat niet mogelijk is met de huidige zorgstandaard. Verdere ontwikkeling van LSCI bij transplantatiechirurgie zou kunnen helpen bij klinische besluitvorming.

trefwoorden:laser spikkel contrast beeldvorming; transplantatie;nier; zijstroom donkerveldbeeldvorming;niermicroperfusie.

Cistanche deserticola voorkomtnierziekte, klik hier om het monster te krijgen

1. Inleiding

Intraoperatief belemmerdniercorticale microperfusie (RCM) tijdens, bijvoorbeeld, anastomose is in verband gebracht met ischemie/reperfusie-letsel-gerelateerde postoperatieve complicaties.

Anderen hebben het potentieel aangetoond van perfusiebeeldvorming aan het oppervlak voor de voorspelling van postoperatieve complicaties, waaronder verminderde creatinineklaring, vertraagde transplantaatfunctie en zelfs transplantaatafstoting.1–4 Als zodanig is het denkbaar dat intraoperatieve monitoring van RCM met behulp van optische beeldvormingsmethoden kan chirurgische besluitvorming ondersteunen, wat kan leiden tot verbeterde perfusie tijdens orgaanreperfusie en mogelijk kan bijdragen aan een vermindering van ongunstige postoperatieve uitkomsten.

De waarde van de gebruikelijke technieken, zoals postoperatieve duplex-echografie of een arteriëlenierbloedstroom (RBF)-sonde, om totale RBF te controleren, wordt beperkt door het feit dat dergelijke technieken geen rekening houden met lokale perfusieheterogeniteiten.5 Het is gebaseerd op de misvatting dat totale RBF RCM adequaat weerspiegelt.6 Daarom is het gebruik van technieken die het detecteren van heterogeniteit van de bloedstroom heeft de voorkeur.7 Postoperatieve duplex-echografie kan lokale perfusietekorten detecteren8 en is in verschillende onderzoeken gevalideerd. De algemene toepassing ervan wordt echter beperkt door een aanzienlijke afhankelijkheid van de operator.5 Anderen rapporteerden over het gebruik van contactbeeldvormingsmethoden om de beweging van rode bloedcellen (RBC) direct te visualiseren en te kwantificeren.2,3 Deze methoden leverden veelbelovende resultaten op met betrekking tot bepaalde afkapwaarden voor vertraagde transplantaatfunctie, postoperatieve creatininespiegels of zelfs allotransplantaatafstoting met RCM-metingen die al 5 minuten na reperfusie worden uitgevoerd.1–4 De belangrijkste beperking van deze methoden is het kleine gezichtsveld (FOV) in waarmee de RCM kan worden gevisualiseerd. Onlangs is indocyaninegroen (ICG) fluorescentiebeeldvorming geïntroduceerd om de RCM te beoordelen en deze te correleren met de klinische uitkomst vanniertransplantatie.5,9,10 ICG-fluorescentie is echter moeilijk te kwantificeren10 en de aanwezigheid van een fluorescerend signaal impliceert niet meteen een goed doorbloed orgaan.11 De toediening van de fluorescerende kleurstof, die nodig is telkens wanneer de perfusie wordt gemeten, belemmert ook de chirurgische ingreep.

Tot op heden ontbreekt nog een objectieve, intraoperatieve beeldvormingstool die kan helpen bij het visualiseren van de RCM tijdens de operatie. In dit artikel rapporteren we over het gebruik van laser speckle contrast imaging (LSCI), een real-time, contactloze, full-field beeldvormingstechniek met een grote FOV die de bloedstroom in weefsels kan visualiseren zonder de toediening van een fluorescerende kleurstof ,12 om RCM te controleren bij varkens op menselijke maatmet betrekking tot. We willen het gebruik van LSCI valideren als een hulpmiddel voor het meten van orgaanreperfusie tijdens verschillende modellen van hemodynamische veranderingen.

waar wordt cistanche voor gebruikt: behandeling van nierziekten

2. materialen en methoden

2.1 Slachthuisnieren

Zes door het slachthuis opgehaalde varkensnieren werden verkregen van een plaatselijk slachthuis. Varkens (vrouwelijke Nederlandse Landrasvarkens, ongeveer 5 maanden oud met een gemiddeld gewicht van 130 kg) werden geslacht voor consumptiedoeleinden en behandeld volgens gestandaardiseerde wettelijke procedures. De varkens werden verdoofd door elektriciteit en stierven door bloeding. Ongeveer 2 liter bloed werd verzameld in een beker met 25 000 IE heparine (LEO Pharma A/S, Ballerup, Denemarken) tijdens het leegbloeden. Nieren werden en bloc uit het kadaver verwijderd, de nierslagader werd vrijgesneden en omringend weefsel werd verwijderd. De linker nier werd voor alle experimenten gebruikt omdat deze zijde een beter zichtbare arteriële bifurcatie vertoonde. Na 30 minuten warme ischemie (dwz de tijd tussen het stoppen van de bloedcirculatie en het begin van de koude spoeling), werden de nieren gespoeld met 500 ml koude 4 graden zoutoplossing. Vervolgens werden de nieren in een nierhouder geplaatst en op 4 graden op de hypothermische machineperfusie (HMP) (Kidney Assist Transporter, Organ assist, Groningen, Nederland) geplaatst en gedurende drie en een half uur bij een gemiddelde druk van 25 geperfuseerd. mmHg. HMP werd geoxygeneerd (100 procent O2) met een snelheid van 100 ml/min.

2.2 Normale machineperfusie

De opzet van de normothermische machineperfusie (NMP) werd elders in detail beschreven,13 met behulp van een centrifugaalpompkop (Deltastream DP3, MEDOS Medizintechnik AG, Heilbronn, Duitsland) die werd aangestuurd door in eigen huis ontwikkelde software (Sophisticate, Labview, National Instruments, Austin , Verenigde Staten).14 De software maakt niet alleen zowel stroom- als drukgerichte perfusie mogelijk, maar maakt het ook mogelijk om te schakelen tussen de pulserende sinusvormige en constante stroom.

De temperatuur werd geregeld met behulp van een Jubalo waterverwarmingssysteem en ingesteld op 37 graden. In de oxygenator werd een geïntegreerde warmtewisselaar (HILITE 1000®, MEDOS Medizintechnik AG, Heilbronn, Duitsland) gebouwd. De flowsensor is een clamp-on flowsensor (ME7PXL clamp®, Transonic Systems Inc., Ithaca, Verenigde Staten). De druksensor is een Truewave®-druktransducer voor eenmalig gebruik (Edwards Lifesciences, Irvine, Verenigde Staten). Als perfusiemedium werd 500 ml autoloog leukocyt-verarmd bloed gebruikt. Het bloed werd verdund met 300 ml Ringers lactaat (Baxter, Utrecht, Nederland) en aangevuld met 10 ml 8,4 procent bicarbonaat (B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Duitsland), 10 ml 5 procent glucose (Baxter, Utrecht, Nederland) , 6 mg mannitol (Baxter, Utrecht, Nederland), 0,33 ml dexamethason (Centrafarm, Etten-Leur, Nederland), 100 mg-200 mg amoxicilline/clavulaanzuur (Sandoz BV Almere, Nederland), 90 mg creatinine (Sigma -Aldrich, St. Louis), en 0,1 ml natriumnitroprusside (Sigma-Aldrich, St. Louis). Plasma werd toegevoegd om een ​​hematocriet van 24 procent te bereiken. Een constante infusie (20 ml∕u) van een mengsel van 90 ml Aminosol (Aminoplasmal, B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Duitsland), 1 ml insuline (NovoRapid®, Novo Nordisk, Bagsværd, Denemarken) en 3 ml bicarbonaat werd onderhouden. Carbogen (95 procent O2 en 5 procent CO2) werd toegevoerd via de oxygenator met een stroomsnelheid van 500 ml∕min. De volledige NMP-opstelling wordt getoond in Fig. 1.

2.3 Laser Speckle Contrast Imaging Setup

LSCI is gebaseerd op het principe van coherent laserlicht dat wordt terugverstrooid door weefsel, dat een spikkelpatroon vormt bij de detector. De faseverschuiving van dit terugverstrooide licht resulteert in een willekeurig interferentiepatroon, de zogenaamde spikkels. Door beweging in het weefsel, dwz beweging van de RBC's, begint het interferentiepatroon te fluctueren, waardoor een dynamisch spikkelpatroon ontstaat, dat vervaagd wordt door de eindige belichtingstijd van de detector. Het spikkelcontrast K wordt berekend met behulp van Vgl. (1).

waar is de standaarddeviatie van de intensiteit I over de gemiddelde intensiteit hIi berekend over een convolutievenster in ruimte en/of tijd. Een LSCI-opstelling werd gebouwd op basis van Lapvas-imaging (LIMIS Development BV, Leeuwarden, Nederland) analysesoftware waarvan eerder door onze groep is aangetoond dat deze de microvasculaire bloedstroom in de darm kwalificeert tijdens in-vivo ischemie/reperfusie-experimenten.15 Een monochrome camera ( CM-200GE®, Jai, Kopenhagen, Denemarken) werd op een vaste 3D-geprinte houder geplaatst om onveranderlijkheid in afstand en invalshoek van de camera en laser te garanderen (Fig. 1). De afstand tussen de camera en de nier was 20 cm met een resulterende FOV van 19 × 14 cm. De lens (LM12JC®, Kowa, Düsseldorf, Duitsland) is ingesteld op een f-getal van 7, wat resulteert in ∼2 pixels per spikkel en voldoet daarmee aan het Nyquist-criterium.16 Een polarisatorfilter werd toegevoegd om spiegelreflecties te minimaliseren. Afbeeldingen waren 1624 × 1236 pixels en werden opgenomen met 3.125 frames en een belichtingstijd van 40 ms. Een langere belichtingstijd is nodig om voldoende pixelintensiteiten te krijgen als gevolg van de combinatie van een laser met laag vermogen en een groot gezichtsveld. De afbeeldingen werden geanalyseerd met behulp van een tijdgemiddeld ruimtelijk LSCI-algoritme met een ruimtelijk 7 × 7 schuifvenster en een tijdvenster van 7 frames. Een rode vezelgekoppelde laserdiode (λ ¼ 638 nm, 200 mW; Lionix International, Enschede, Nederland) werd gekoppeld aan een optische vezel met een collimerende lens (12 mm ∅, − 12 mm FL-ongecoate dubbel-concave lens, Edmund Optics, New Jersey, Verenigde Staten) aan het distale uiteinde. De laser werd gemonteerd op een vaste staaf en ingesteld op een uitgangsvermogen van 120 mW. De totale opstelling (Fig. 1) werd in een verduisterde doos geplaatst om al het omgevingslicht te blokkeren. Tijdens de experimenten werden 2D-perfusiekaarten gegenereerd en in realtime weergegeven, terwijl onbewerkte spikkelbeelden werden opgeslagen voor verdere offline nabewerking.

cistanche voordeel: behandeling van nierziekten

2.4 Hemodynamische experimenten

We hebben een set van vier hemodynamische experimenten ontworpen om de LSCI te bestuderen als een hulpmiddel voor het meten van orgaanperfusie (Fig. 2). Tijdens alle experimenten werden de temperatuur, druk, de (arteriële) RBF en de nierweerstand gemeten. Vervolgens hebben we de corticale perfusie gemeten met behulp van LSCI. Deze experimenten waren bedoeld om het vermogen te onderzoeken om in de loop van de tijd onderscheid te maken tussen goed en slecht geperfuseerde weefsels (paragrafen 2.4.1 tot 2.4.3) en om het vermogen van de technieken te analyseren om onderscheid te maken tussen lokale perfusietekorten, dwz ruimtelijke resolutie, en de snelheid waarmee dit wordt gedetecteerd, dwz temporele resolutie (par. 2.4.3 en 2.4.4). Deze experimenten werden herhaald op vijf verschillende nieren. In een aparte extra nier hebben we RBF-, LSCI- en sidestream dark-field (SDF) beeldvorming tegelijkertijd uitgevoerd terwijl we herhaalde lokale ischemie en drie gasbolusinjecties uitvoerden (paragraaf 2.5).

2.4.1 Reperfusie-experiment

Het valideren van de relatie tussen de RBF- en LSCI-waarden is cruciaal voor klinisch gebruik. Afgezien van de gelijkenis met de reperfusie tijdens een niertransplantatie, zou dit experiment ons inzicht kunnen geven in de correlatie tussen RBF- en LSCI-waarden in lage en hoge stroomwaarden aan het begin en einde van het experiment. Na HMP en een koude spoeling met 500 ml 0,9 procent NaCl, werd de nier geïnstalleerd in de NMP-orgaankamer, 60 minuten opwarmend met een druk van 85 mmHg en een sinusoïdale stroom met een frequentie van 60 Hz om een ​​fysiologische situatie na te bootsen. Tijdens dit uur warmt de nier op van 4 graden naar 37 graden.

2.4.2 Stroomexperiment

Net als bij het reperfusie-experiment (Sec. 2.4.1), zou dit experiment ons op een stapsgewijze en gecontroleerde manier inzicht kunnen geven in de correlatie tussen RBF- en LSCI-waarden. Voor dit experiment werd de stroom omgeschakeld van sinusoïdale perfusie naar constante stroom om een ​​stabiele lineaire stroom te garanderen zonder de interferentie van het sinusoïdale patroon. De stroom werd ingesteld op een snelheid van 200 ml∕ min. Het experiment werd gestart bij 150 ml∕min in het geval dat de nier na de opwarmfase niet de stroom van 200 mlmin bereikte. De stroom werd elke 4 min in stappen van 50 ml/min verlaagd. De stroom werd vervolgens met stappen van 50 ml∕min verhoogd tot het startniveau toen een stroom van 50 mlmin werd bereikt. Dit experiment werd tweemaal uitgevoerd, achtereenvolgens op elke nier.

2.4.3 Lokale ischemie

We konden het vermogen evalueren om onderscheid te maken tussen goed en niet-geperfundeerde weefsels binnen de FOV door een lokaal ischemisch gebied te induceren. De snelheid waarmee het grote lokale perfusieverschil kan worden gevisualiseerd, geeft een indicatie van de klinische meerwaarde bij een ongewenst lokaal perfusietekort tijdens een niertransplantatie. Een katheter (4F arteriële embolectomiekatheter, Edward Lifescience, Irvine, Verenigde Staten) werd vóór NMP in de nierslagader ingebracht en gehecht in de inferieure vertakking van de nierslagader. De katheter werd opgeblazen en veroorzaakte lokale ischemie in een deel van de nier. De ischemie werd tweemaal geïnduceerd. De eerste keer werd een korte warme ischemische periode van 5-min gevolgd door een hersteltijd van 10-min. De tweede keer werd een lange 15-min warme ischemische periode gevolgd door een 40-min hersteltijd.

2.4.4 Gasbelleninfusie

Hoewel lokale ischemie (Sec. 2.4.3) een groot perfusietekort veroorzaakt, test dit experiment het vermogen om onderscheid te maken tussen deze gebieden van lokale reperfusie en deze op tijd te observeren. De infusie van een arteriële gasbolus induceert korte volledige ischemie die wordt gevolgd door kleine gebieden van lokale reperfusie met uiteindelijk volledige reperfusie van de nier. Het gas vormt een embolie in het bloedvat. Deze embolieën voorkomen dat er bloed doorheen stroomt en belemmeren daardoor de doorbloeding. Wanneer het gas oplost in het perfusiemedium, verdwijnt de embolie en verschijnt de perfusie weer. De snelheid waarmee dit gebeurt, hangt af van het geïnjecteerde gas en zijn relatieve oplosbaarheid (dwz O2 en CO2, lossen sneller op dan N2). Als laatste experiment werd 4 ml van de respectievelijke gassen in de arteriële lijn geïnjecteerd. Eerst met O2, daarna elke 10 min gevolgd door carbogen (95 procent O2 en 5 procent CO2), kamerlucht en N2.

2.5 Sidestream Dark-Field Imaging-experimenten

SDF-beeldvorming kan de beweging van individuele RBC's volgen, waardoor kwantitatieve bloedstroommetingen en de detectie van subtiele microvasculaire veranderingen mogelijk worden.17-19 SDF-beeldvorming is een contactmethode met een relatief kleine FOV van ∼ 1 mm2. Het apparaat heeft een totale vergroting van 750×. De penetratiediepte is ongeveer 750 m. De kleine FOV in combinatie met een ondiepe

penetratiediepte en het feit dat het een contactmethode is, maakt SDF-beeldvorming minder dan ideaal voor de visualisatie of de RCM. Het groene licht dat door het systeem wordt uitgestraald, verstrooit door het weefsel en wordt geabsorbeerd door de hemoglobine in de rode bloedcellen, wat resulteert in donkere rode bloedcellen in tegenstelling tot achtergrondweefsel. Door SDF-beeldvorming te gebruiken als een kwantitatieve maatstaf voor de bloedstroom, kunnen we de RBF en LSCI vergelijken met SDF. Er moet echter worden opgemerkt dat RBF zowel de corticale als de medullaire bloedstroom meet, terwijl LSCI en SDF alleen de RCM meten met het verschil dat ze volledig veld (LSCI) zijn versus een kleine FOV (SDF). De SDF-microscoop (MicroScan Video Microscope System, MicroScan BV, Amsterdam, Nederland) werd op zijn plaats gehouden met behulp van een statief dat was verbonden met een laboratoriumtafel om bewegingsartefacten te minimaliseren. Het statief heeft X- en Y-as precisie-afstelschroeven om de microscoop loodrecht op de niercortex te plaatsen zonder drukartefacten te veroorzaken. De punt van de SDF-microscoop was bedekt met een plastic dop. Beelden werden opgenomen met 10 frames met een resolutie van 720 × 576 pixels. Het videosignaal werd gedigitaliseerd met behulp van een S-VHS naar USB-framegrabber en opgeslagen op een computer voor verdere offline verwerking. De SDF-microscoop maakt gebruik van pulserende groene lichtdioden die rond het ladingsgekoppelde apparaat aan de punt van de microscoop worden geplaatst. De gegevens werden geanalyseerd met behulp van aangepaste software (Matlab, Mathworks, Natick, Massachusetts) die de gemiddelde pixelintensiteit (MPI) binnen het hele frame berekende door de gemiddelde pixelintensiteit te nemen. De MPI is een maat voor het aantal RBC's. Naarmate het aantal RBC's binnen het frame toeneemt, worden de afbeeldingen donkerder, vandaar dat de MPI een relatieve maatstaf is voor het aantal RBC's (Video 3). Het interessegebied voor de laserspikkel-perfusie-eenheden (LSPU) werd op 1 cm afstand van de SDF-camera geplaatst.

Het nierkapsel moest plaatselijk aan de punt van de SDF-microscoop worden verwijderd om de RCM tijdens dit deel van de experimenten in beeld te kunnen brengen. SDF-beeldvorming, RBF-metingen en LSCI werden gelijktijdig in slechts één nier uitgevoerd vanwege de complexe aard van het afbeelden van de RCM met behulp van SDF-beeldvorming. Vijf opeenvolgende herhalingen van de korte lokale ischemie-experimenten werden uitgevoerd, gevolgd door drie gasinjecties met respectievelijk zuurstof, één met kamerlucht en één met stikstof.

2.6 Gegevensanalyse

Gegevens worden weergegeven als gemiddelde SD, tenzij anders vermeld. De correlaties tussen LSCI in LSPU (AU) en RBF (ml/min) en SDF in MPI (AU) werden berekend met behulp van een determinatiecoëfficiënt, R2. Toepasselijke parametrische gepaarde tests werden gebruikt. Een p-waarde van<0.05 was="" considered="" statistically="" significant.="" the="" experiments="" described="" in="" sec.="" 2.4="" were="" repeated="" five="" times="" to="" rule="" out="" unique="">

cistanche tubulosa-extract is goed voor de nieren

3. Resultaten

Het gemiddelde gewicht van de zes slachthuisnieren was 338.1 24.0 g.

3.1 Reperfusie-experiment

Het reperfusie-experiment werd vijf keer uitgevoerd in vijf nieren. Gedurende het uur werden alle nieren opgewarmd tot 37 graden, wat leidde tot een toename van RCM (Fig. 3). Dit experiment toonde een overeenkomst met de reperfusie tijdens niertransplantatie. De correlatie tussen de genormaliseerde LSPU (AU) en de RBF (ml/min) was R2 ¼ 0.94 0.02 (p < 0,0001).="" de="" goede="" correlatie="" kan="" worden="" verklaard="" door="" de="" neiging="" van="" een="" nier="" om="" eerst="" bloed="" naar="" de="" cortex="" toe="" te="" wijzen,="" de="" stroom="" die="" we="" meten="" met="">

3.2 Stroomexperiment

Het flow-experiment werd 10 keer uitgevoerd in vijf nieren. De R2 van de genormaliseerde LSPU (AU) en RBF (ml/min) was 0.59 0.31 (p > 0,05). Een verandering in de totale RBF werd niet gevolgd door een vergelijkbare verandering in de cortex (dwz RCM), resulterend in een matige correlatie. Zoals te zien is in Fig. 4, lijkt er een hemodynamische respons te zijn, waarbij de stroom naar de cortex wordt omgeleid. Er was een duidelijke hemodynamische respons wanneer de RBF werd verlaagd in een toestand van lage stroom (∼ 100 ml∕ min). Toen de RBF werd verhoogd, werd een klassieke reperfusie-overshoot op korte termijn waargenomen.

3.3 Lokale ischemie

Het lokale ischemie-experiment werd uitgevoerd op vijf nieren. Het experiment mislukte voor twee nieren; de ene vanwege het slecht functioneren van de ballonkatheter en de andere vanwege het verschijnen van het ischemische gebied aan de posterieure zijde van de nier. Typische afbeeldingen worden getoond in Fig. 5(a) en 5(b). De gegevens worden weergegeven in staafdiagrammen in figuur 5(c) en een typisch spoor van een ischemisch gebied van belang wordt weergegeven in figuur 5(d). De resultaten van de korte (5 min) en lange (15 min) ischemische periode zijn te vinden in Tabel 1. De korte en lange ischemische perioden vertoonden geen significante verschillen. De basislijn is het gemiddelde van de tijdsperiode vóór de inductie van de lokale ischemie. De ischemie is het gemiddelde van de ischemische periode. De reperfusie is de maximale waarde direct na het vrijkomen van de lokale ischemie en de postocclusie is het gemiddelde van de tijd na de reperfusie. De LSPU-waarden zijn genormaliseerd in vergelijking met de basislijn.

3.4 Gasbelleninfusie

De infusie met gasbellen werd eenmaal uitgevoerd op vijf nieren en werd gekenmerkt door een langzame, lokale terugkeer van RCM, zoals weergegeven in Fig. 6. De gegevens zijn te vinden in Tabel 2, waar de relatieve daling in LSPU wordt berekend in relatie tot het basislijnniveau . De stijgtijd wordt gedefinieerd als de tijd die de LSPU nodig heeft om terug te keren naar het basislijnniveau. Dit was langer dan 600 s voor stikstof en dus kon de exacte stijgtijd niet worden gemeten. De R2 werd berekend met de LSPU (AU) en de RBF (ml/min). De gegevens worden gevisualiseerd in staafdiagrammen in Fig. 7(a) en 7(b) voor respectievelijk de gemiddelde daling ( procent) en stijgtijd (s). Figuur 7(c) toont typische LSCI-sporen voor dit experiment in één nier.

3.5 Sidestream Dark-Field Imaging-vergelijking

De resultaten van de lokale ischemie-, zuurstof-, kamerlucht- en stikstofinjectie worden getoond in Tabel 3. Alle experimenten werden uitgevoerd op dezelfde nier. Een representatief voorbeeld van de LSCI-pseudokleurenafbeeldingen en de bijbehorende SDF-afbeeldingen worden getoond in Fig. 8 en Video 3. SDF-LSPU vertoonde de beste algehele correlatie vergeleken met de LSPU-RBF- en SDF-RBF R2-waarden .

cistanche-extract voor de behandeling van chronische nierziekten

4. Discussie

We rapporteren over de visualisatie van RCM met behulp van ex vivo geperfuseerde nieren van varkensslachthuizen op menselijke maat in verschillende modellen van ischemie/reperfusie. De lokale reperfusie-experimenten toonden een hoge correlatie aan tussen de LSCI en SDF, superieur aan LSCI-correlaties met RBF. De goede correlatie tussen LSCI en SDF benadrukt de hoge temporele en ruimtelijke resolutie van LSCI in zijn vermogen om RCM te visualiseren. LSCI laat niet alleen een duidelijk onderscheid zien tussen geperfundeerde en niet-geperfundeerde weefsels, maar het volgt ook de voorbijgaande ischemie, veroorzaakt door injectie van gassen met verschillende absorptiekenmerken, op een realtime manier. Toch moet het effect van de monitoring van corticale microperfusie nabij het oppervlak op klinische besluitvorming verder worden onderzocht in een klinische proef.

Het reperfusie-experiment vertoonde een hoge correlatie tussen de RBF en LSCI, wat aangeeft dat de reperfusie na ischemie tijdens niertransplantatie kon worden gevolgd met behulp van LSCI. Dit heeft het voordeel ten opzichte van conventionele intrarenale sondes omdat het lokale perfusietekorten in een vroeg stadium kan detecteren. Het kleine verschil tussen RBF en LSCI kan mogelijk worden verklaard door het herverdelingsmechanisme van de nier20, aangezien de perfusie van de medulla en cortex een dynamisch proces is en wordt beïnvloed door hemodynamische factoren. Onze gegevens hebben aangetoond dat een stabiele RBF gelijk staat aan stabiele corticale perfusie, aangezien de perfusie van de cortex en de medulla in de loop van de tijd kan veranderen en onafhankelijk van elkaar zijn (bijv. wanneer de RBF niet verandert, kan LSCI nog steeds de lokale perfusietekorten).

Tijdens het stromingsexperiment met een stapsgewijze verandering in de totale RBF, vertoonde LSCI slechts een matige correlatie met de totale RBF. We veronderstellen dat het functionele weefsel in de cortex behouden blijft ten koste van een vermindering van de stroom naar de medulla als reactie op een afname van RBF. Dit zou resulteren in een omleiding van de stroom naar de cortex (dwz RCM).20 In onze gegevens, toen de RBF werd verlaagd, nam RCM geleidelijk toe na elke daling van de totale RBF als gevolg van autoregulatie ten gunste van RCM. Toen de RBF echter werd verhoogd in situaties met een laag debiet, werd het tegendeel waargenomen.

De lokale ischemie was direct zichtbaar op de realtime live feed. Het experiment heeft een goede correlatie voor zowel de korte als de lange ischemische periode, die vergelijkbaar is met de correlatie die werd gevonden tijdens de LSCI-SDF-vergelijking. Dit kan worden verklaard door het feit dat er geen bloed is om te herverdelen, dus de afname van de stroom is evenredig met de RBF. Het toont direct een onderscheid tussen goed en niet-doorbloed weefsels, terwijl zichtbare weefselverkleuring een langere tijd duurt. Deze snelle en nauwkeurige beoordeling van de RCM door LSCI heeft een potentiële klinische impact. Hoffman et al.9 rapporteerden bijvoorbeeld over een perfusietekort dat niet waarneembaar is voor het menselijk oog en dat hersteld zou kunnen worden door het orgaan te herpositioneren in de iliacale fossa. Het vermogen van LSCI om de infusie van verschillende gassen met verschillende absorptiekenmerken tijdelijk te volgen, toont de hoge ruimtelijke en temporele resolutie aan. Dit wordt aangetoond door de goede correlatie tussen LSCI-SDF en een slechte correlatie tussen LSCI-RBF. Gedurende de relatief lange periode voordat stikstof in het bloed wordt opgelost, herstelt RBF langzaam, terwijl de cortex meer tijd nodig heeft om de volledige bloedstroom te herstellen. Dit resulteert in een relatief slechte correlatie, wat het belang van het gebruik van LSCI benadrukt.

Zoals eerder vermeld, visualiseert SDF-beeldvorming rechtstreeks individuele RBC's. Het vergelijken van LSCI met zowel SDF als RBF geeft ons waardevolle informatie over de perfusie gemeten met LSCI. SDF-beeldvorming van een nier is echter vervelend en vereist verwijdering van het nierkapsel, waardoor het ongeschikt is voor de klinische praktijk. De goede correlaties tussen LSCI en SDF geven dus aan dat LSCI waardevolle informatie kan geven met het voordeel dat het een contactloze en full-field beeldvormingsmethode is.

Een belangrijke klinische behoefte waarin LSCI eenvoudig kan worden geïmplementeerd, is orgaantransplantatie. Aangezien een langere anastomosetijd nadelig is voor de orgaankwaliteit21, kan een snelle en gemakkelijke visualisatie van de nabije oppervlakte RCM de uitkomst van de transplantatie helpen verbeteren, vooral omdat er een verband bestaat tussen de vroege intraoperatieve toestand van microperfusie en postoperatieve resultaten.1–4 We veronderstellen dat de visualisatie van ischemische gebieden en vasculaire obstructies onmiddellijk na reperfusie van het orgaan zou de chirurg kunnen helpen bij de klinische besluitvorming. Dit moet echter verder worden onderzocht in klinische onderzoeken. Deze intraoperatieve beeldvorming heeft het potentieel om het aantal heroperaties te verminderen in vergelijking met de huidige klinische standaard met postoperatieve beeldvorming zoals duplex-echografie. Door de chirurg direct te laten zien of en waar er een perfusietekort is, kunnen tegenmaatregelen worden genomen. Dit geldt niet alleen voor transplantatiechirurgie, maar voor elke vorm van chirurgie waarbij perfusie van het hele orgaan van belang is.

Het gebruik van LSCI is al beschreven in rattennieren22-28, maar literatuur over het gebruik ervan op nieren van menselijke grootte ontbreekt nog. De klinische toepassing zou haalbaar zijn omdat LSCI al in een klinische setting is gebruikt

Een van de belangrijkste uitdagingen die moeten worden overwonnen voordat LSCI in de klinische praktijk kan worden geïmplementeerd, zijn bewegingsartefacten.29 Voor deze experimenten hebben we de nier gefixeerd met behulp van pipettips om het mogelijke effect van beweging te elimineren. In vivo zal de nier echter onderhevig zijn aan beweging als gevolg van ademhalingsbewegingen en pulsaties van het hart tijdens transplantatie. Anderen hebben geprobeerd dit te ondervangen met behulp van fiducial markers.30,31 Deze oplossing is niet wenselijk voor niertransplantaties vanwege het invasieve aspect van het aanbrengen van de fiducial marker. Een andere mogelijke beperking is de geringe penetratiediepte voor LSCI van ruwweg 0,4 tot 1 mm, afhankelijk van de golflengte.32,33 Dit vormt echter geen beperking voor het gebruik van LSCI, aangezien uit onze gegevens blijkt dat ischemie direct detecteerbaar is in de RCM.

5. Conclusie

In de setting met ex vivo machinaal geperfundeerde varkensnieren van menselijke grootte, was LSCI in staat om lokale veranderingen in RCM te detecteren met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie. In verschillende settings van lokale ischemie correleerde LSCI goed met SDF-beeldvorming. LSCI correleert echter niet altijd volledig met de totale RBF vanwege de heterogeniteit van de bloedstroom tussen de medullaire en corticale microcirculatie, wat de toegevoegde waarde ten opzichte van conventionele arteriële flowsensoren onderstreept. De implementatie van LSCI tijdens transplantatiechirurgie zou kunnen helpen bij het vroegtijdig opstellen van een geschikt behandelplan direct na reperfusie van het orgaan.

Om nierfalen met cistanche te voorkomen, klik hier om het monster te krijgen

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

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

E. Christiaan Boerma aUniversiteit Groningen, Faculteit Campus Fryslân, Leeuwarden, Nederland

bUniversitair Medisch Centrum Groningen, Afdeling Heelkunde, Groningen,

Nederland cLIMIS Development BV, Leeuwarden, Nederland dUniversitair Medisch Centrum Groningen, Afdeling Pathologie en Medische Biologie,

Groningen, Nederland eZiuZ Visuele Intelligentie, Gorredijk, Nederland fMedisch Centrum Leeuwarden, Afdeling Intensive Care, Leeuwarden, Nederland

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door het kennis- en innovatiefonds van het Samenwerkingsverband Noord Nederland (SNN) onder subsidienummer KEI18PR004.

Referenties

1. TWL Scheeren et al., "Prognostische waarde van intraoperatieve meting van nierweefseloxygenatie op vroege niertransplantatiefunctie", Transpl. Int. 24 (7), 687-696 (2011).

2. V. Schmitz et al., "In vivo visualisatie van vroege veranderingen in de microcirculatie na ischemie/reperfusiebeschadiging bij menselijke niertransplantatie", Eur. Surg. Onderzoek 40(1), 19-25 (2008).

3. R. Hattori et al., "Directe visualisatie van corticale peritubulaire capillair van de getransplanteerde menselijke nier met reperfusiebeschadiging met behulp van een vergrotende endoscopie", Transplantation 79 (9), 1190-1194 (2005).

4. M. Angelescu et al., "Beoordeling van de functie van niertransplantaten door perioperatieve monitoring van corticale microcirculatie bij niertransplantatie", Transplantation 75(8), 1190-1196 (2003).

5. U. Rother et al., "Dosering van indocyaninegroen voor intraoperatieve laserfluorescentie-angiografie bij niertransplantatie", Microcirculatie 24(8) (2017).

6. CJ Lumsden et al., "Vasculaire uitwisseling in de nier: regionale karakterisering door tomografie met meerdere indicatoren", Circ. Onderzoek 72 (6), 1172-1180 (1993).

7. NJ Crane et al., "Bewijs van een heterogene weefseloxygenatie: nierischemie / reperfusieschade bij een groot dier", J. Biomed. opt. 18 (3), 035001 (2003).

8. R. Król et al., "Intraoperatieve weerstandsindex gemeten met transsone flowmeter op niertransplantaatslagader kan vroege en lange termijn transplantaatfunctie voorspellen," Transplantatie. Proc. 43(8), 2926-2929 (2011).

9. C. Hoffmann et al., "Intraoperatieve beoordeling van niertransplantaatperfusie door laser-geassisteerde indocyanine groene fluorescentie videografie," Transplantatie. Proc. 42 (5), 1526-1530 (2010).

10. U. Rother et al., "Kwantitatieve beoordeling van microperfusie door indocyanine-groene angiografie bij niertransplantatie lijkt op chronische morfologische veranderingen in niermonsters", Microcirculatie 26 (3), e12529 (2019).

11. EL Towle et al., "Comparison of indocyanine green angiography and laser speckle contrast imaging for the assessment of vasculature perfusion", Neurosurgery 71(5), 1023-1031 (2012).

12. AF Fercher en JD Briers, "Flowvisualisatie door middel van spikkelfotografie met één belichting", Opt. gemeenschappelijk 37 (5), 326-330 (1981).

13. H. Maassen et al., "Door waterstofsulfide geïnduceerd hypometabolisme in varkensnieren van menselijke grootte", PLoS One 14(11), e0225152 (2019).

14. MBF Pool et al., "Normothermische machinale perfusie van chemisch beschadigde varkensnieren met autologe, allogene varkens en menselijke rode bloedcellen", PLoS One 15(3), e0229566 (2020).

15. W. Heeman et al., "Toepassing van laserspikkelcontrastbeeldvorming bij laparoscopische chirurgie", Biomed. opt. Express 10 (4), 2010 (2019).

16. SJ Kirkpatrick, DD Duncan en EM Wells-Gray, "Nadelige effecten van speckle-pixel size matching in laser speckle contrast imaging," Opt. Let. 33(24), 2886 (2008).

17. AFJ de Bruin et al., "Kan sidestream dark field (SDF) beeldvorming subtiele microvasculaire veranderingen van de darm tijdens colorectale chirurgie identificeren?" techniek. Coloproctol. 22 (10), 793-800 (2018).

18. AFJ de Bruin et al., "Sidestream dark-field imaging van de serosale microcirculatie tijdens gastro-intestinale chirurgie," Color. Dis. 18(3), O103-O110 (2016).

19. ALM Tavy et al., "Intestinale mucosale en serosale microcirculatie bij de geplande anastomose tijdens abdominale chirurgie," Eur. Surg. Onderzoek 60(5-6), 248-256 (2020).

20. RG Evans et al., "Hemodynamische invloeden op nieroxygenatie: klinische implicaties van integratieve fysiologie", Clin. Exp. Pharmacol. Fysiol. 40(2), 106-122 (2013).