Diese Arbeit wurde von der Juvenile Diabetes Research Foundation International (gewähren 17-2008-1031) und die National Institutes of Health (Grant 1R01DK077903-01A1) unterstützt.

Einleitung: Die genaue Quantifizierung der peripheren Neuropathie ist wichtig, Risikopatienten zu definieren, zu antizipieren Verschlechterung und Bewertung neuer Therapien. Herkömmliche Methoden zur Bewertung neurologischer Defizite und Elektrophysiologie und quantitative sensorische Testung quantifiziert funktionellen Veränderungen auf Neuropathie erkennen. Allerdings scheint die früheste Schäden an den kleinen Fasern werden und doch sind diese Tests in erster Linie zu beurteilen großen Faser Dysfunktion und haben eine begrenzte Fähigkeit zur Regeneration und Reparatur zu demonstrieren. Das einzige Verfahren, die eine direkte Untersuchung von marklosen Nervenfasern Schädigung und-Reparatur ermöglichen, sind N. suralis mit Elektronenmikroskopie und Haut-Stanzbiopsie Biopsie. Allerdings sind sowohl invasive Verfahren und erfordern langwierige Laborverfahren und erheblichen Know-how. Corneal konfokale Mikroskopie ist eine nicht-invasive klinische Technik, die in-vivo-Bildgebung von Hornhaut Nervenfasern bietet. HRT III-Rostock Kornea Modul (RCM) Handbuch der Betrieb 1. Vorbereitung der Kamera Der erste Schritt in der Untersuchung mit HRT ist die Vorbereitung des Objektivs Spitze. <ol><li> Zuerst an der objektiven Röhre des Laser-Scanning-Kamera, stellen Sie die Brechung bis +12 Dioptrien und stellen Sie dann die Kamera auf die unterste Position. </li><li> Tragen Sie eine große homogene, blasenfreie, erbsengroße, Tropfen von Carbomer auf der Linse Spitze. </li><li> Entfernen eines TomoCap aus der sterilen Behälter und befestigen Sie die Linse mit Spitze, so dass das Gel ein Meniskus zwischen dem Objektiv und der Kappe bildet. Schieben Sie ihn so weit wie möglich über den Inhaber. Achten Sie darauf, nicht auf die Vorderseite des TomoCap bei der Montage zu berühren. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1. Vorbereitung des Objektivs Spitze (oben) Anwendung viscotear Gel (unten) Die Anwendung der TomoCap. </li><li> Bewegen Sie den Laser-Scanning-Kamera so weit nach hinten wie möglich an der Kamera befestigen. </li><li> Die inneren und äußeren Oberfläche der TomoCap sowohl als heller Laser Reflexion erscheinen. Die Brennebene Einstellrad sollte so eingestellt, bis eine helle Reflexion beobachtet, was darauf hinweist, dass die Linse innerhalb der Vorderseite der Kappe ist fokussiert werden. Die Tiefe Wert in der Fokus-Position angezeigt sollte nun zwischen -150 und +150 &amp;mgr; um betragen. </li><li> Setzen Sie die Tiefe Einstellung auf Null. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. Anpassung der Brennebene. </li></ol> 2. Vorbereitung des Patienten Die Augen des Motivs werden anästhesiert mit einem Rückgang von 0,4% benoxinate Hydrochlorid und Carbomer ist auf der Vorderseite des Auges zur Schmierung verwendet. Das Thema ist bequem, mit dem Kinn auf die Kinnstütze sitzt und gebeten, ihre Stirn fest gegen die Stirn bar. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig3.jpg" alt="Abbildung 3" /> Abbildung 3. Vorbereitung des Patienten 3. Ausrichten der Kamera Es macht die Untersuchung einfacher, wenn Sie den Patienten auf der äußeren Fixierung Licht mit dem Auge nicht geprüft fix zu unterweisen. Die kompakte Größe des Mikroskops Kopf bedeutet, dass das Thema der kontralateralen Auge nicht verdeckt, so dass die Verwendung von Distanz-Ziele. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig4.jpg" alt="Abbildung 4" /> Abbildung 4. Objektiv der Hornhaut-Modul. <ol><li> Position der CCD-Kamera, so dass seine optische Achse senkrecht zur optischen Achse des Laser-Scanning-Kamera. Die Kamera sollte auf der rechten Patientenseite werden bei der Abbildung das rechte Auge und umgekehrt. An dieser Stelle sollten Sie die Vorderseite des TomoCap in der Mitte des CCD-Kamera Live-Bild. </li><li> Bewegen Sie den Laser-Scanning-Kamera auf den Patienten, bis der Hornhaut des Patienten ist in einem Abstand von ca. 5 bis 10 mm aus dem TomoCap, dann bewegen Sie den Laser-Scanning-Kamera nach oben / unten und links / rechts mit dem schwarzen Knöpfe an der Kamera, bis die TomoCap positioniert ist, in der Mitte der Hornhaut des Patienten. In diesem Stadium können Sie überprüfen, dass das rote Laserlicht in der Mitte der Hornhaut und zur Feineinstellung, beachten Sie die Reflexion des Laserstrahls von der Hornhaut, die sichtbar in der CCD-Kamera Bild ist. Diese Reflexion muss genau treten an den vorderen Pol der Hornhaut. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig5.jpg" alt="Abbildung 5" /> Abbildung 5. Ausrichtung des Laserstrahls auf dem vorderen Pol der Hornhaut zu zentralen Hornhaut Bilder zu fassen. </li><li> Fragen Sie den Patienten, seine / ihre Augen so weit wie möglich zu öffnen. Bewegen Sie den Laser-Scanning-Kamera langsam nach vorne in Richtung des Patienten, bis der TomoCap Kontakte der Hornhaut des Patienten. Wenn es erforderlich istzur Korrektur der Position des Laser-Scanning-Kamera, dann bewegen Sie die Kamera weg von den Patienten zunächst nicht der Korrektur, verschieben Sie es dann wieder nach vorne, um die Hornhaut zu kontaktieren. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig6.jpg" alt="Abbildung 6" /> Abbildung 6. Demonstration der dünnen Gel-Brücke zwischen den TomoCap und der Hornhaut. </li><li> Minimaler Kontakt zwischen der Kamera und die Hornhaut ist genug. In eine optimale Anpassung wird eine dünne Gel-Brücke zwischen den TomoCap und der Hornhaut sichtbar auf der CCD-Kamera Live-Bild. </li></ol> Wenn Sie die TomoCap drücken oder bewegen Sie die Hornhaut zu nah an die Kamera dann wird der Druck auf die Hornhaut mit einem abgeflachten Erscheinung in der Hornhaut mittels der CCD-Kamera Live-Bild zu sehen. Auch in den Bildern erhalten eine Linie zeigt den Druck, erscheint daher nicht zu viel Druck auf die Hornhaut. Sobald der Kontakt hergestellt wurde, bewegen sich nicht die Position des headrestto vermeiden Schiebe die Hornhaut auf der TomoCap. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig7.jpg" alt="Abbildung 7" /> Abbildung 7 (links) Darstellung eines straie aufgrund der Anwendung von Überdruck auf der Hornhaut durch die TomoCap;. (Rechts) Ein Bild mit normalem Aussehen ohne Überdruck. 4. Untersuchung des Patienten Nach dem Sichtfeld gewählt worden ist, ist die HRT III Laser Kamera eingeschaltet und die Bildaufnahme erscheint auf dem Bildschirm. Verwenden Sie die CCD Bild, um die TomoCap und Laser-Licht auf der Hornhaut des Patienten positionieren. Die Untersuchung mit dem gewählten Modus kann dann begonnen werden. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig8.jpg" alt="Abbildung 8" /> Abbildung 8. Viewing-Modus auf dem Monitor während der Aufnahme von Bildern. Die Art der Übernahme In dem Abschnitt Modus wird ein einziges Bild erworben und jedes Mal, wenn Sie den Fußschalter gespeichert. Wir verwenden diesen Modus für die Aufnahme von Bildern aus der ganzen Schicht der Hornhaut einschließlich Bowman-Schicht in der Mitte der Hornhaut. Und dann nach der Aufnahme eine ausreichende Zahl von Bildern, kann man versuchen, den anderen Modi einschließlich Abfolge und Volumen. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig9.jpg" alt="Abbildung 9" /> Abbildung 9. Wahlweise mit Display für verschiedene Bildaufnahme-Modi. Mit dem Sequence-Scan kann man eine Sequenz von bis zu 100 Bilder mit einer einstellbaren Frame-Rate zu erwerben. Sie können wählen, eine Frame-Rate zwischen 30 Bilder und 1 Bild pro Sekunde (fps) und basierend auf diesen Modus erlaubt es Ihnen, einen Film mit einer Dauer von 3 bis 100 Sekunden abrufen kann. In Volume-Scan-Modus stellt die Kamera automatisch erwirbt eine Serie von 40 Bildern in Folge Fokusebenen. Eine Tiefe von 85 um mit dem &quot;FOV 400 um&quot; Feldlinse und die Brennweite zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern gescannt werden etwa 2,1 mu m liegen. Nach ein paar Scans der Fokusebene des Objektivs kann geändert werden, um die Tiefe einer Hornhaut-Zellschicht bezogen auf die Oberfläche der Hornhaut, indem die Epithelzellschicht in den Fokus und dann auf die Reset-Taste, um die Tiefe Wert auf 0 gesetzt zu messen. Für den Zweck unserer vorliegenden Studie, so erhalten wir Bilder von der zentralen Hornhaut in verschiedenen Tiefen. Deshalb haben wir nicht bewegen Scanning-Laser-Kamera um die Hornhaut horizontal oder vertikal, wir haben nur vorwärts und rückwärts bewegen und die Aufnahmen aus allen Tiefen der Bowman-Schicht an der gleichen Stelle der Hornhaut. Der Abstand zwischen jedem Bild ist etwa 1 um, daher, wenn die Tiefe von Bowman ist 10 pm, werden wir 10 Bilder haben. Doch für die endgültige Analyse wählen wir Bilder mit einem Abstand von ca. 2-3 um zwischen ihnen. Nach der Untersuchung abgeschlossen ist schalten Sie die Kamera ausschalten, indem Sie die Kamera-Taste in der Akquisition Fenster. Machen Sie dem Patienten bewusst, dass er oder sie sollte nicht reiben seine Augen, bis die örtliche Betäubung abgeklungen ist. Als Vorsichtsmaßnahme sollten Sie auf eine Spaltlampe Untersuchung der Hornhaut des Patienten nach der Untersuchung durchzuführen. Entfernen Sie die TomoCap von der Kamera und entsorgen Sie es und dann reinigen Sie die Mikroskop-Objektiv mit einem Wattestäbchen mit destilliertem Wasser befeuchtet. 5. Die Analyse einer Prüfungskommission a. Die Auswahl der Bilder Zur Überprüfung und Analyse vorhandener Untersuchungen, müssen die entsprechenden Patientenakte (s) in der Datenbank ausgewählt werden. Das Bild Sichtfenster bietet einen Überblick über vorhandene Hornhaut Untersuchungen für das ausgewählte Patienten. Untersuchungen an verschiedenen Tagen durchgeführt werden in separaten Tabs Besuch gespeichert. Die drei verschiedenen Scan-Typen werden durch drei verschiedene Symbole in der HRT III Hornhaut Besuch auf der Registerkarte Bild Sichtfenster der Hei vertretendelberg Eye Explorer. Zur Erfassung der Hornhaut Bild, doppelklicken Sie auf das entsprechende Bild klicken und die &quot;Show&quot;-Funktion öffnet sich folgendes Fenster: <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig10.jpg" alt="Abbildung 10" /> Abbildung 10. Aller aufgenommenen Bilder nach Prüfung anzeigen. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig11.jpg" alt="Abbildung 11" /> Abbildung 11. Anzeige des ausgewählten Bildes vor dem Export mit CCD-Kamera Blick von Auge um eine korrekte Ausrichtung zu zeigen. So exportieren Sie die entsprechenden Bilder für die weitere Analyse, klicken Sie auf &quot;Export&quot; in der Symbolleiste und wählen Sie dann den gewünschten Ordner, um die Bilder zu speichern. Wir erhalten und die Aufnahmen aus allen Schichten der Hornhaut für jeden Patienten, sondern als der Schwerpunkt der Forschung ist auf Bowman-Schicht und der Hornhaut Nerven, werden nur die Bilder aus dieser Schicht analysiert werden. Wir wählen 5-6 Frames von Bowman-Schicht für jedes Fach in unterschiedlichen Tiefen der Hornhaut. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig12.jpg" alt="Abbildung 12" /> Abbildung 12. Anzeige aller Schichten der Hornhaut von einem gesunden Probanden. Auf durchschnittlich 5-6 Frames von Bowman-Schicht in der Mitte der Hornhaut in verschiedenen Tiefen werden nach dem Zufallsprinzip für quantitative Messungen und Analysen ausgewählt. b. Analyse von Bildern Für die Analyse der Bilder von Bowman-Schicht der zentralen Hornhaut mit HRT III erfasst, verwenden wir eine spezielle Software, die innerhalb unserer Gruppe namens &quot;CCM Image Analysis Tools V 0.6&quot; entwickelt wurde. Vier Haupt-Parameter für die Hornhaut Nerven sind mit dieser Software gemessen: <ul><li> Nervenfaser Dichte (NFD), die als die Zahl der Hauptnerven / Rahmen definiert ist. </li><li> Nervenast Dichte (NBD) Anzahl der Hauptäste / Rahmen. </li><li> Nerve Faserlänge (NFL), die die Gesamtlänge aller Nerven / Rahmen. </li><li> Nervenfaser Tortuosität (NFT) des Hauptnerven / Rahmen. </li></ul> Zum Öffnen CCM Bild, um die Datei zu gehen&gt; öffnen. <ul><li> Sobald das Bild geladen ist, ist seine Größe und Art der Bildinformationen Box auf der obersten linken Seite der Systemsteuerung angezeigt. </li><li> Der Standard-Maßstab ist in der Eingabezeile der Bildinformationen angezeigt. Wenn der Maßstab ist anders, ändern Sie die Nummer in der Eingabezeile. </li><li> Zu Beginn der Analyse das Bild, wählen Sie die gewünschten Parameter aus der Metric Box in der rechten oberen Seite des Control Panels messen. </li><li> Auf das Ergebnis am unteren Rand der Seite die Anzahl der NFD ist NBD in tatsächliche Zahl, NFL in mm und Schlängelung als Tortuosität Coefficient (TC) vorgestellt. </li><li> Doch nach dem Export der Ergebnisse in eine Excel-Tabelle werden die Ergebnisse in keiner / mm 2 für NFD und NBD-und mm / mm 2 für NFL vorgestellt werden. </li><li> Zu diesem Zweck nach Beendigung Messungen an Add-Messungen klicken, dann gehen Sie auf Datei&gt; Speichern unter und öffnen Sie dann die gespeicherten Ergebnisse mit Excel. </li></ul><img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig13.jpg" alt="Abbildung 13" /> Abbildung 13. Anzeige der Hornhaut Nerven Bild mit Tracing in Analyse-Tool mit &quot;CCM Image Analysis Tool&quot;. 6. Repräsentative Ergebnisse: Wir haben eine progressive Steigerung in der Hornhaut Nervendegeneration mit zunehmender Schwere der diabetischen Neuropathie 1 und frühen Nervenschäden bei Diabetikern, die den Verlust von intraepidermalen Nervenfasern in Hautbiopsien vorausgeht 2 zusammen mit Schichtung der neuropathischen Schwere und Reparatur nach Pankreas-transplantation 3 in Diabetes-Patienten. Gezeigt Wir haben auch Nervenschäden bei idiopathischer kleine Faser Neuropathie 4 und Morbus Fabry 5 nachgewiesen. <img src="/files/ftp_upload/2194/2194fig14.jpg" alt="Abbildung 14" /> Abbildung 14. Corneal konfokale Mikroskopie Bilder mit HRT III der Hornhaut-Bowman-Schicht (a) Steuerung unterliegt im Vergleich zu (b) Patient mit Neuropathie und schwere Nervenschäden.

<ol>
	<li>Abbott, C. A., Kallinikos, P., Marshall, A., Finnigan, J., Morgan, P., Efron, N., Boulton, A. J. M., Malik, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corneal+Confocal+Microscopy:+A+Novel+Non-invasive+Test+to+Diagnose+and+Assess+Progression+of+Human+Diabetic+Neuropathy.">Corneal Confocal Microscopy: A Novel Non-invasive Test to Diagnose and Assess Progression of Human Diabetic Neuropathy.</a> Diabetes Care. 33, 1792-1797 (2010).</li><li>Quattrini, C., Tavakoli, M., Jeziorska, M., Kallinikos, P., Tesfaye, S., Marshall, A., Finnigan, J., Boulton, A. J. M., Efron, N., Malik, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surrogate+Markers+of+Small+Fiber+Damage+in+Human+Diabetic+Neuropathy.">Surrogate Markers of Small Fiber Damage in Human Diabetic Neuropathy.</a> Diabetes. 56, 2148-2154 (2007).</li><li>Mehra, S., Tavakoli, M., Efron, N., Boulton, A. J. M., Augustine, T., Malik, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corneal+Confocal+Microscopy+Detects+Early+Nerve+Regeneration+After+Pancreas+Transplantation+in+Patients+with+Type+1+Diabetes.">Corneal Confocal Microscopy Detects Early Nerve Regeneration After Pancreas Transplantation in Patients with Type 1 Diabetes.</a> Diabetes Care. 30, 2608-2612 (2007).</li><li>Tavakoli, M., Marshall, A., Pitceathly, R., Fadavi, H., Gow, D., Roberts, M. E., Efron, N., Boulton, A. J. M., Malik, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corneal+confocal+microscopy:+A+novel+means+to+detect+nerve+fibre+damage+in+patients+with+impaired+glucose+tolerance+and+idiopathic+small+fibre+neuropathy.">Corneal confocal microscopy: A novel means to detect nerve fibre damage in patients with impaired glucose tolerance and idiopathic small fibre neuropathy.</a> Experimental Neurology. 223, 245-250 (2010).</li><li>Tavakoli, M., Marshall, A., Thompson, L., Kenny, M., Waldek, S., Efron, N., Malik, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corneal+confocal+microscopy:+A+novel+technique+to+detect+small-fibre+neuropathy+in+patients+with+Fabry+disease.">Corneal confocal microscopy: A novel technique to detect small-fibre neuropathy in patients with Fabry disease.</a> Muscle &#38; Nerve. 40, 976-984 (2009).</li></ol>

Figuren 4 bis 6: Mit freundlicher Genehmigung von Heidelberg Engineering

Corneal konfokale Mikroskopie (CCM) ist eine nichtinvasive klinische Verfahren, mit dem frühen Nervenschäden zu erkennen und zu quantifizieren kleine Faser Pathologie in peripheren Neuropathien einschließlich Diabetes, Morbus Fabry und idiopathische kleine Faser Neuropathien (ISFN) werden kann. Die unmittelbare klinische Bedeutung dieser Technik stellt einen großen Sprung nach vorn in Bezug auf unsere Fähigkeit zu diagnostizieren, zu folgen Progression und bewerten therapeutische Reaktion bei Patienten mit diabetischer Neuropathie und anderen peripheren Neuropathien und eine unmittelbare Auswirkung auf Behandlungsergebnisse haben.

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		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
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<tr>
<td>HRT III CCM Machine - The Rostock Cornea Module</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td> Heidelberg Engineering</td>
</tr>
<tr>
<td>CCM image analysis software v0.6 </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>University of Manchester</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

corneal confocal microscopy: a novel non-invasive technique to quantify small fibre pathology in peripheral neuropathies

Die genaue Quantifizierung der peripheren Neuropathie ist wichtig, Risikopatienten zu definieren, zu antizipieren Verschlechterung und Bewertung neuer Therapien. Herkömmliche Methoden zur Bewertung neurologischer Defizite und Elektrophysiologie und quantitative sensorische Testung quantifiziert funktionellen Veränderungen auf Neuropathie erkennen. Allerdings scheint die früheste Schäden an den kleinen Fasern werden und doch sind diese Tests in erster Linie zu beurteilen großen Faser Dysfunktion und haben eine begrenzte Fähigkeit zur Regeneration und Reparatur zu demonstrieren. Das einzige Verfahren, die eine direkte Untersuchung von marklosen Nervenfasern Schädigung und-Reparatur ermöglichen, sind N. suralis mit Elektronenmikroskopie und Haut-Stanzbiopsie Biopsie. Allerdings sind sowohl invasive Verfahren und erfordern langwierige Laborverfahren und erheblichen Know-how. Corneal konfokale Mikroskopie ist eine nicht-invasive klinische Technik, die in-vivo-Bildgebung von Hornhaut Nervenfasern bietet. Wir haben frühzeitig Nervenschäden, die den Verlust von intraepidermalen Nervenfasern geht in Hautbiopsien zusammen mit Schichtung der neuropathischen Schwere und Reparatur nach Pankreas-Transplantation bei Patienten mit Diabetes nachgewiesen. Wir haben auch Nervenschäden bei idiopathischer kleine Faser Neuropathie und Fabry-Krankheit nachgewiesen.

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Corneal Confocal Microscopy: A Novel Non-invasive Technique to Quantify Small Fibre Pathology in Peripheral Neuropathies

Corneal konfokale Mikroskopie ist eine nicht-invasive klinische Technik, die zur C-Faser Schäden quantifizieren zu diagnostizieren und zu schichten Patienten mit zunehmender Schwere neuropathischen werden kann.

Corneal konfokale Mikroskopie: A Novel Non-invasive Technik zu Small Fibre Pathologie in peripheren Neuropathien Quantify

The accurate quantification of peripheral neuropathy is important to define at risk patients, anticipate deterioration, and assess new therapies. ...

corneal-confocal-microscopy-novel-non-invasive-technique-to-quantify

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

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Serie: Corneal Confocal Microscopy: A Novel Non-invasive Technique to Quantify Small Fibre Pathology in Peripheral Neuropathies

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

Muscle strains are one of the most common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and physical exam alone, however the clinical presentation can vary greatly depending on the extent of injury, the patient's pain tolerance, etc. In patients with muscle injury or muscle disease, assessment of muscle damage is typically limited to clinical signs, such as tenderness, strength, range of motion, and more recently, imaging studies. Biological markers, such as serum creatine kinase levels, are typically elevated with muscle injury, but their levels do not always correlate with the loss of force production. This is even true of histological findings from animals, which provide a "direct measure" of damage, but do not account for all the loss of function. Some have argued that the most comprehensive measure of the overall health of the muscle in contractile force. Because muscle injury is a random event that occurs under a variety of biomechanical conditions, it is difficult to study. Here, we describe an in vivo animal model to measure torque and to produce a reliable muscle injury. We also describe our model for measurement of force from an isolated muscle in situ. Furthermore, we describe our small animal MRI procedure.

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

An in vivo animal model of injury is described. The method takes advantage of the subcutaneous position of the fibular nerve. Velocity, timing of muscle activation, and arc of motion are all pre-determined and synchronized using commercial software. Post injury changes are monitored in vivo using MR imaging/spectroscopy.

Ein In vivo Nager-Modell der Kontraktion-induzierte Verletzung und nicht-invasive Überwachung von Recovery

Muscle strains are one of the most  common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and  physical ...

Forschung

Medizin

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

Non-invasive optische Messung des zerebralen Metabolismus und Hämodynamik bei Säuglingen

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of cardiovascular disease. Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. Percent capillary recruitment is assessed by dividing the increase in capillary density induced by postocclusive reactive hyperemia (postocclusive reactive hyperemia capillary density minus baseline capillary density), by the maximal capillary density (observed during passive venous occlusion). Percent perfused capillaries represents the proportion of all capillaries present that are perfused (functionally active), and is calculated by dividing postocclusive reactive hyperemia capillary density by the maximal capillary density. Both percent capillary recruitment and percent perfused capillaries reflect the number of functional capillaries. The forearm blood flow (FBF) technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function: The ratio FBFmax/FBFbase is computed as an estimate of vasodilation, by dividing the mean of the four FBFmax values by the mean of the four FBFbase values. Forearm vascular resistance at maximal vasodilation (FVRmax) is calculated as the mean arterial pressure (MAP) divided by FBFmax. Both the capillaroscopy and forearm techniques are readily acceptable to patients and can be learned quickly.
The microvascular and endothelial function measures obtained using the methodologies described in this paper may have future utility in clinical patient cardiovascular risk-reduction strategies. As we have published reports demonstrating that microvascular and endothelial dysfunction are found in initial stages of hypertension including prehypertension, microvascular and endothelial function measures may eventually aid in early identification, risk-stratification and prevention of end-stage vascular pathology, with its potentially fatal consequences.

Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. The forearm blood flow technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function.

Non-invasive Beurteilung der mikrovaskulären und Endothelfunktion

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of ...

Murine Model for Non-invasive Imaging to Detect and Monitor Ovarian Cancer Recurrence

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of care consisting of surgical debulking and combination chemotherapy consisting of platinum and taxane compounds, almost 90% of patients recur within a few years. In these patients the development of chemoresistant disease limits the efficacy of currently available chemotherapy agents and therefore contributes to the high mortality. To discover novel therapy options that can target recurrent disease, appropriate animal models that closely mimic the clinical profile of patients with recurrent ovarian cancer are required. The challenge in monitoring intra-peritoneal (i.p.) disease limits the use of i.p. models and thus most xenografts are established subcutaneously. We have developed a sensitive optical imaging platform that allows the detection and anatomical location of i.p. tumor mass. The platform includes the use of optical reporters that extend from the visible light range to near infrared, which in combination with 2-dimensional X-ray co-registration can provide anatomical location of molecular signals. Detection is significantly improved by the use of a rotation system that drives the animal to multiple angular positions for 360 degree imaging, allowing the identification of tumors that are not visible in single orientation. This platform provides a unique model to non-invasively monitor tumor growth and evaluate the efficacy of new therapies for the prevention or treatment of recurrent ovarian cancer.

We describe a non-invasive animal imaging platform that allows the detection, quantification, and monitoring of ovarian cancer growth and recurrence. This intra-peritoneal xenograft model mimics the clinical profile of patients with ovarian cancer.

Mausmodell für nicht-invasive Bildgebungs zu erfassen und zu überwachen Eierstockkrebs Rezidiv

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of ...

A Methodological Approach to Non-invasive Assessments of Vascular Function and Morphology

The endothelium is the innermost lining of the vasculature and is involved in the maintenance of vascular homeostasis. Damage to the endothelium may predispose the vessel to atherosclerosis and increase the risk for cardiovascular disease. Assessments of peripheral endothelial function are good indicators of early abnormalities in the vascular wall and correlate well with assessments of coronary endothelial function. The present manuscript details the important methodological steps necessary for the assessment of microvascular endothelial function using laser Doppler imaging with iontophoresis, large vessel endothelial function using flow-mediated dilatation, and carotid atherosclerosis using carotid artery ultrasound. A discussion on the methodological considerations for each of the techniques is also presented, and recommendations are made for future research.

The present article describes the methodological considerations for several non-invasive assessments of vascular function and morphology that are commonly used in medical research to assess different stages of atherosclerosis.

Einen methodischen Ansatz, um Nicht-invasive Assessments der Gefäßfunktion und Morphologie

The endothelium is the innermost lining of the vasculature and is involved in the maintenance of vascular homeostasis.  Damage to the endothelium may ...

Using a Laminating Technique to Perform Confocal Microscopy of the Human Sclera

The sclera is a dense connective tissue that covers and protects the eye. It mainly consists of dense collagen bundles (types I, III, IV, V, VI, and VII). Due to its autofluorescence, opaqueness, and thickness, it has not been found suitable for confocal microscopy. An alternative approach to the one presented here, which uses formalin-fixed sclera embedded in paraffin for immunohistochemistry, has technical challenges, especially when preheating the tissue for antigen retrieval. Since the sclera is relatively poor in both cells and vessels, the use of larger tissue samples was explored to help prevent overlooking cells and to understand their localization in relation to vessels and other anatomical sites. To allow for the analysis of larger tissue samples under the confocal microscope, a laminating technique was performed to create thin layers from the sclera. Following the analysis of results of CD31 blood vessels and lymphatic vessel endothelial hyaluronan receptor 1 (LYVE1) positive cells, for which approval for scientific examination was obtained, the advantages and limitations of this method are discussed.

Human sclera tissue is mainly collagen; therefore, it is not easily usable for immunohistochemistry. To achieve the goal of performing immunohistochemistry for confocal microscopy of scleral tissue, a laminating technique was used.

Mit Hilfe einer Laminiertechnik konfokale Mikroskopie der menschlichen Sclera to Perform


The sclera is a dense connective tissue that covers and protects the eye. It mainly consists of dense collagen bundles (types I, III, IV, V, VI, and ...

A Detailed Protocol for Perspiration Monitoring Using a Novel, Small, Wireless Device

Perspiration monitoring can be utilized for the detection of certain diseases, such as thermoregulation and mental disorders, particularly when the patients are unaware of such disorders or are having difficulty expressing their symptoms. Until now, several devices for perspiration monitoring have been developed; however, such devices tend to have a relatively large exterior, considerable power consumption, and/or less sensitivity.
Recently, we developed a small, wireless device for perspiration monitoring. The device consists of a temperature/relative humidity (T/RH) sensor, battery-driven small data logger, and silica gel as a desiccant in a small cylindrical exterior. The T/RH sensor is placed between the detection windows (through which the water vapor from the skin enters) and the silica gel. The underlying principle of the perspiration monitoring device is based on Fick&#39;s law of diffusion, which means that water vapor flux from the skin to the silica gel (i.e.&#160;transepidermal water loss and perspiration) can be captured by change in humidity at the T/RH sensor. In addition, a baseline subtraction method was adopted to distinguish perspiration and transepidermal water loss.
As shown in the previous report, the developed device can monitor the perspiration at any sites of the body in an easy, wireless manner. However, detailed methods of how to use the device have not been disclosed yet. In this article, therefore, we would like to show the point-by-point tutorials of how to use the device for perspiration monitoring, by showing the sympathetic activity test with the sympathetic skin response monitoring as an example.

Recently, we developed a small wireless device for perspiration monitoring. In this article, we present detailed protocols on how to use the device for perspiration monitoring with an example of the sympathetic activity test.

Ein detailliertes Protokoll für Transpiration Überwachung eines neuartigen Verwendung, Klein, Wireless Device

Perspiration monitoring can be utilized for the detection of certain diseases, such as thermoregulation and mental disorders, particularly when the ...

Second Harmonic Generation Signals in Rabbit Sclera As a Tool for Evaluation of Therapeutic Tissue Cross-linking (TXL) for Myopia

Methods to strengthen tissue by introducing chemical bonds (non-enzymatic cross-linking) into structural proteins (fibrillar collagens) for therapy include photochemical cross-linking and tissue cross-linking (TXL) methods. Such methods for inducing mechanical tissue property changes are being employed to the cornea in corneal thinning (mechanically weakened) disorders such as keratoconus as well as the sclera in progressive myopia, where thinning and weakening of the posterior sclera occurs and likely contributes to axial elongation. The primary target proteins for such tissue strengthening are fibrillar collagens which constitute the great majority of dry weight proteins in the cornea and sclera. Fortuitously, fibrillar collagens are the main source of second harmonic generation signals in the tissue extracellular space. Therefore, modifications of the collagen proteins, such as those induced through cross-linking therapies, could potentially be detected and quantitated through the use of second harmonic generation microscopy (SHGM). Monitoring SHGM signals through the use of a laser scanning microscopy system coupled with an infrared excitation light source is an exciting modern imaging method that is enjoying widespread usage in the biomedical sciences. Thus, the present study was undertaken in order to evaluate the use of SHGM microscopy as a means to measure induced cross-linking effects in ex vivo rabbit sclera, following an injection of a chemical cross-linking agent into the sub-Tenon&#39;s space (sT), an injection approach that is standard practice for causing ocular anesthesia during ophthalmologic clinical procedures. The chemical cross-linking agent, sodium hydroxymethylglycinate (SMG), is from a class of cosmetic preservatives known as formaldehyde releasing agents (FARs). Scleral changes following reaction with SMG resulted in increases in SHG signals and correlated with shifts in thermal denaturation temperature, a standard method for evaluating induced tissue cross-linking effects.

Second Harmonic Generation Signals in Rabbit Sclera As a Tool for Evaluation of Therapeutic Tissue Cross-linking TXL for Myopia

This protocol describes techniques for evaluating chemical cross-linking of the rabbit sclera using&#160;second harmonic generation imaging and differential scanning calorimetry.

Zweite harmonische Generation Signale in Kaninchen Sklera als Instrument für die Bewertung des therapeutischen Gewebes Vernetzung (TXL) für Kurzsichtigkeit

Methods to strengthen tissue by introducing chemical bonds (non-enzymatic cross-linking) into structural proteins (fibrillar collagens) for therapy ...

Non-invasive Assessment of Dorsiflexor Muscle Function in Mice

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively affect skeletal muscle. This can result in a loss of muscle mass (atrophy) and/or loss of muscle quality (reduced force per unit of muscle mass), both of which are prevalent in chronic disease, muscle-specific disease, immobilization, and aging (sarcopenia). Skeletal muscle function in animals can be evaluated by a range of different tests. All tests have limitations related to the physiological testing environment, and the selection of a specific test often depends on the nature of the experiments. Here, we describe an in vivo, non-invasive technique involving a helpful and easy assessment of force frequency-curve (FFC) in mice that can be performed on the same animal over time. This permits monitoring of disease progression and/or efficacy&#160;of a potential therapeutic treatment.

Measurement of rodent skeletal muscle contractile function is a useful tool that can be used to track disease progression as well as efficacy of therapeutic intervention. We describe here the non-invasive, in vivo assessment of the dorsiflexor muscles that can be repeated over time in the same mouse.

Nicht-invasive Beurteilung des releveurs Muskelfunktion bei Mäusen

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively ...

A Novel Non-invasive Method for the Detection of Elevated Intra-compartmental Pressures of the Leg

Acute Compartment Syndrome is a devastating consequence of musculoskeletal trauma. Currently the diagnosis is based on clinical signs and symptoms, and while adjuncts such as invasive intra-compartmental pressure measurements are often used to corroborate the physical exam findings, there remains no reliable objective test to aid in the decision to perform a decompressive fasciotomy. In a cadaver model of compartment syndrome, an ultrasound (US) based method has been shown to be a reliable measurement of increased intra-compartmental pressure. An absolute pressure of &#62;100 mbar or a difference of 50 mbar in the CFFP between the legs can be considered pathologic. Using an ultrasound transducer, coupled with a pressure sensor, the pressure needed to flatten the superficial fascia of the anterior compartment of lower legs (Compartment Fascia Flattening Pressure [CFFP]) can be measured. The CFFP of the injured leg is compared to the CFFP of the uninjured leg. This US measured index can then serve as an adjunct to the physical exam in evaluating injured lower extremities and assessing the need for decompressive fasciotomy. The advantages of this protocol include: being a non-invasive method and an easily reproducible technique.

An ultrasound probe coupled with a pressure sensor is used to assess the intra-compartmental pressure of the leg by directly measuring the compartment fascia flattening pressure (CFFP). This non-invasive protocol will provide reliable assessment of the pressure inside the anterior muscular compartment of the lower leg.

Eine neuartige, nicht-invasive Methode zur Erkennung von erhöhten innerbetrieblichen Pressuren des Leg

Acute Compartment Syndrome is a devastating consequence of musculoskeletal trauma. Currently the diagnosis is based on clinical signs and symptoms, and ...