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背景本研究的目的是确定使用数字高速视频成象呼吸道纤毛的功率和恢复冲程之间的关系。使用高速数字视频制成拍频的测量也与使用光电倍增管和光电二极管改性技术获得的那些进行比较。
方法被刷的20名健康受试者下鼻甲获得纤毛上皮。它们相对于它们的动力行程测量期间所行进的路径恢复冲程期间通过显微镜和纤毛的偏差，观察纤毛边缘。通过高速数字视频分析由拍频的测量，使用光电倍增管和光电二极管改性得到的那些进行比较。
结果纤毛被发现与战胜前进动力冲程，并在同一平面内的反向恢复行程。从向前动力冲程的平面中的恢复行程中纤毛的平均角度偏差仅为3.6°（95％CI 3.1至4.1）。Ťhere was a significant difference in beat frequency measurement between the digital high speed video (13.2 Hz (95% CI 11.8 to 14.6)) and both photomultiplier (12.0 Hz (95% CI 10.8 to 13.1), p = 0.01) and photodiode (11.2 Hz (95% CI 9.9 to 12.5), p<0.001) techniques. The Bland-Altman limits of agreement for the digital high speed video were –2.75 to 5.15 Hz with the photomultiplier and –2.30 to 6.06 Hz with the photodiode.
结论呼吸道纤毛在同一平面内向前和向后打不经典侧身恢复横扫。高速数字视频成像允许两个纤毛运动频率和拍频波形图进行评价。
- 纤毛
- 纤毛摆动频率
- 方法
从Altmetric.com统计
与来自气道的特定频率和模式，清除粘液和碎屑呼吸道纤毛拍以协调的方式。令人惊讶的，因为通过灰色纤毛运动的初始电影研究1还有为纤毛摆动的精确模式的意见没有达成共识。1-4人们普遍认为，呼吸道纤毛有一个向前的动力冲程和恢复冲程，在此期间纤毛扫描和向后的一面。4作为纤毛扫描侧向和沿顺时针方向向后它被认为相邻纤毛刺激到节拍，传播睫状metachronal波。4作为metachronal协调纤毛的结果加入他们的推进努力创造粘液的连续运动。
在原发性纤毛运动障碍纤毛是在缓慢或运动障碍的方式是静止的或跳动。在这些患者中受损粘膜纤毛清除与经常性胸部感染，这可能导致支气管扩张和鼻窦炎。原发性纤毛运动障碍的诊断是一个支持临床历史的基础并通过在电子显微镜睫状轴丝的特定异常伴随在大多数情况下的异常纤毛运动频率上进行的。五6Buchdahl和他的同事曾建议，但是，与原发性纤毛运动障碍儿童的显著数量的缓慢移动纤毛但超微结构分析未见明显异常。7
尽管许多方法被设计来估算纤毛摆动频率，8由摄影高速成像被许多人认为作为最优的方法来分析纤毛功能。9-11记录在500每秒以较慢的速度再现图像允许确定的频率和个体纤毛的精确拍频波形图。因为在图像处理，费用和缺乏实时分析的困难，其他各种方法已经被开发出来。两种常用的方法，光电倍增12-15和光电二极管技术1617通过打浆纤毛检测的光强度的变化通过-estimate拍频间接。
高速数字视频成像的质量最近有所改善这样的，它取代了的摄影范围。18-20随着数字高速成像的出现，在整个循环的节拍可以可视化和拍频纤毛的精确运动迅速进行测定。
从原发性纤毛运动障碍分析纤毛的搏动模式之前，有必要评估正常人呼吸道纤毛运动。这项研究的目的是双重的。首先，为了确定使用数字高速视频成象呼吸道纤毛的功率和恢复冲程的关系，其次，以比较使用与使用光电倍增管和光电二极管改性技术获得的数字高速视频成象测量纤毛运动频率。
方法
Ciliated samples were obtained by brushing the inferior nasal turbinate of 20 healthy subjects (13 males) aged 3–38 years with a 2 mm cytology brush.14从莱斯特伦理审查委员会，并口头同意该研究获得批准之前刷牙获得。
Nasal brushings were placed in Medium 199 (pH 7.3) which contained antibiotic solution (streptomycin 50 μg/ml, penicillin 50 μg/ml, Gibco, UK). Ciliated strips of epithelium were suspended in a chamber created by the separation of a cover slip and glass slide by two adjacent cover slips. The slide was placed on a heated stage (37°C) of a Leitz Diaplan microscope mounted on an anti-vibration table (Wentworth Laboratories Ltd, UK).
允许在三个平面要观看的打浆纤毛实验系统：侧向轮廓（图1A），直接打浆朝向观察者（图1B），和从正上方（图1C）。使用×100干涉对比透镜标本进行了检查。Only undisrupted ciliated strips of more than 50 μm in length, devoid of mucus, were studied.
看飞机用来观察并记录纤毛摆动周期和拍频。节拍角度由纤毛的最大偏差的点从所述做功冲程期间的纤毛的前进路径的恢复冲程期间形成。（A）纤毛摆动图案的边，外形。（B）拍角α：所述纤毛观察打浆朝向观察者。（C）拍角β：所述纤毛直接从上面观看。
以每秒400帧的速度使用数字高速摄像机（柯达EKTAPRO运动分析器，型号1012）跳动纤毛边缘记录，使用1:1的快门速度在2000年相机允许记录和重放的视频序列由帧在减小的帧速率或帧。可以在其节拍周期期间可以观察到单个纤毛的精确移动。
功率和恢复冲程期间由纤毛所采取的路径绘制在乙纸覆盖在高分辨率显示器如下。查看纤毛摆动朝观察者（图1B）中，纤毛的向前动力行程期间的精确位置是由帧绘制帧。作为纤毛的恢复行程中向后移动该移动过程中的位置再次绘制一帧一帧。的角度可以通过所述动力冲程的平面和线的恢复冲程期间加入纤毛的最大偏差的点（图绘制的线来导出1B）。这被定义为差拍角α。对于每个纤毛研究五个完整周期搏动，通过图像分析测量（接穗图像，接穗公司，弗雷德里克，马里兰州，美国）的平均角度。这是从上方（图观看纤毛摆动图案时重复1C）和一拍角度β通过图像分析计算的。
中号easurements of ciliary beat frequency were made from ciliated epithelial strips at least 50 μm in length viewed in sideways profile (fig1A）使用数字高速视频，光电倍增器，光电二极管和方法。的顺序测定通过同样变化，以有助于排除测量的顺序的任何混淆效果的三种不同的技术制造。
高速视频方法
纤毛运动频率（CBF）可以直接地由定时个别纤毛摆动周期的一个给定的数量来确定。跳动纤毛组进行鉴定和帧数要求完成录制10个周期。这是通过一个简单的计算（CBF = 400 /（编号为10次帧）×10）转化为纤毛运动频率。拍频的十个测量沿着每个纤毛条制成。
光电倍增方法
使用显微镜光度计（Leitz公司SS548-105）纤毛运动频率被记录。正如所建议的Dalhamn，12we adjusted the aperture allowing light to reach the photomultiplier to an area of 2.2 μm2（见参考文献14），并定位过来殴打纤毛的区域。电压信号，作为移动纤毛中断光的通过产生的，被显示在示波器和中继到的功率谱分析程序（ANADAT，蒙特利尔，加拿大）来确定纤毛运动频率。拍频的十个测量沿着每个纤毛条制成。
光电二极管的方法
跳动的呼吸道纤毛的视频图像是从一个超级VHS摄像机（松下F15 CCP摄影机）转发到高分辨率显示器。光电二极管，安装在像系统中的笔，举行在监视器上显示的跳动纤毛。17作为移动经过光电二极管传感器纤毛产生的信号通过示波器的功率谱分析程序（ANADAT，蒙特利尔，加拿大）来确定纤毛运动频率饲喂。拍频的十个测量沿着每个纤毛条制成。
统计
的平均值，标准偏差，和95％置信区间的计算的α和β角（图1B和C）。
被相对于用于测量纤毛运动频率的方法进行方差的单向分析。每种方法的平均值和95％置信区间计算。配对Ť进行测试，以各方法与数字高速视频的方法进行比较。协议的奥特曼限制是从平均差±与作为最佳方式的数字高速视频的差异的两倍的标准偏差进行计算。计算一致性限度为每个方法独立。
结果
当纤毛被朝向观察者或从上方（图观察任一打浆未见一个经典的侧身恢复扫1B和C）。电源和恢复招人以最小的侧身偏差在同一平面内。总共144纤毛的已测量进行拍角度α和262为纤毛拍角β。相应的平均（SD）角分别为α= 5.3（3.5）°（95％CI 4.6至6.0）和β= 3.6（3.0）°（95％CI 3.1至4.1）。
总共600个测量为纤毛运动频率，200为每个方法作了。相对于所使用的方法方差分析显示出高度显著作用（p <0.001）。两个光电倍增管和下记录的纤毛运动频率的光电二极管的读数与数字高速视频进行比较。Ťhe mean (SD) beat frequency determined using the digital high speed video was 13.2 (2.9) Hz (95% CI 11.8 to 14.6) compared with 12.0 (2.4) Hz (95% CI 10.8 to 13.1) for the photomultiplier and 11.2 (2.8) Hz (95% CI 9.9 to 12.5) for the photodiode. A pairedŤŤest showed a significant difference for the photomultiplier (mean difference 1.2 Hz, 95% CI 0.3 to 2.1; p = 0.01) and photodiode methods (mean difference 1.9 Hz, 95% CI 0.9 to 2.9 Hz; p<0.001) compared with the digital high speed video.
协议的奥特曼限制相对于所述高速数字视频（图2）showed widest variation for the photodiode method (–2.30 to 6.06 Hz) and closest agreement for the photomultiplier method (–2.75 to 5.15 Hz).
数字高速视频（HSV）与（A）的光电倍增管（PM）的方法和（B）在37℃下的光电二极管（PD）的方法相比的布兰德-Altman图。
讨论
高速数字视频成像允许我们在400每秒的速率，以获得图像和以降低的帧速率，以使一个永久记录。拍频波形图可以被确定并且在研究期间或在稍后阶段拍频进行评价。如在引言中所提及的，一般认为在恢复扫掠期间在侧向方向上偏离纤毛。然而，我们已经表明，人类呼吸道纤毛没有经典侧身恢复横扫。的呼吸道纤毛拍分析向前和向后以小于5其回收扫描°期间的最大偏差。这是由两个平面观察纤毛运动的分析证实。
原发性纤毛运动障碍可以通过许多轴丝的不同超微结构缺陷引起的。根据缺陷，纤毛可以是immotile或者可以以运动障碍的方式移动。If electron microscopy is performed on ciliated samples where the beat frequency is below 11 Hz, most patients with primary ciliary dyskinesia will be identified.6由罗斯曼和他的同事研究，但是，建议拍模式的这一评估，除了拍频，可能是原发性纤毛运动障碍的诊断有帮助。2021例如，原发性纤毛运动障碍，由于微管换位可以具有拍频是低级正常范围内的但不正常纤毛摆动图案被看到的慢运动分析。2022
这项研究是第一个直接比较两个的估计与高速成像呼吸道纤毛的纤毛运动频率的最常用的方法。记录的光电倍增管和光电二极管技术，均显著除使用数字高速视频方法测量较慢纤毛拍频。这两种方法的协议的限为宽，这证实了使用不同的技术获得的结果不能被可互换地使用。这些结果强调需要被建立纤毛运动频率的正常参考范围为每个技术如果它要被用作用于原发性纤毛运动障碍的诊断测试。
总之，我们已经示出了使用数字高速摄像的是呼吸道纤毛拍具有相同的平面内的功率和恢复冲程。高速数字视频的能力来衡量纤毛摆动模式和拍频应该让患者有原发性纤毛运动障碍调查的有力工具。我们调查的下一阶段将是我们正常的纤毛的搏动模式与我们从原发性纤毛运动障碍记录的纤毛摆动模式进行比较。
致谢
笔者想感谢囊性纤维化信任和泥瓦匠医学基金会的支持。我们感谢卡罗琳多尔医生，哈默史密斯医院，伦敦统计咨询。
参考
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