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Approche diagnostique neuve pour évaluer les complications de peau des diabetes mellitus

L'équipe de recherche multidisciplinaire publiée leur recherche « complications de peau des diabetes mellitus indiquées par la représentation et l'apprentissage automatique hyperspectral polarisés » récent dans les transactions d'IEEE sur l'imagination médicale.

Dans la publication, utilisant la technologie basée sur photonics apparaissante, les solutions novatrices dans l'apprentissage automatique, et les caractéristiques physiologiques définitives, chercheurs introduisent une approche diagnostique capable d'évaluer les complications de peau des diabetes mellitus à la partie très.

Dans ce travail, nous avons exécuté une validation clinique de notre périphérique optique et d'une méthode que nous avons développée dans le bâti de l'Académie du projet de la Finlande.

La méthode permet le dépistage de non contact des complications possibles de peau de diabète à un stade précoce ainsi que pour exécuter l'examen critique de population grande, dit professeur de complément Alexandre Bykov de l'université d'Oulu qui explique la recherche plus en détail dans les réponses ci-dessous.

Quel est le résultat principal ?

Nous avons développé et avons réalisé un essai clinique d'un contrat, périphérique optique portatif pour la caractérisation fonctionnelle de non contact de la peau humaine. Le dispositif peut à distance mesurer les plans spatiaux du niveau de l'oxygène de sang, teneur de sang et évaluer les changements de la structure de collagène de la peau.

Pour réaliser ceci, la représentation hyperspectral et la polarisation détectant des technologies sont combinées ensemble et accompagnées avec les algorithmes avancés du traitement du signal basés sur les réseaux neuronaux artificiels.

La représentation Hyperspectral est une technique qui unit la représentation et la spectroscopie conventionnelles. Au commencement développé comme satellite complexe ou système aéroporté, la technologie s'est finalement transformée en un outil compact de représentation qui peut être employé pour médical, industriel, et d'autres applications appropriées.

Utilisant cette technologie, l'information spatiale et spectrale d'un objectif peut être acquise. L'image 3D obtenue (deux spatiaux et une cote spectrale) se compose des bandes environ de cent ou plus spectraux pour chaque pixel mesuré d'un objectif. Cette information spectrale et spatiale précise active l'analyse détaillée de n'importe quel objectif ou environnement.

De l'autre côté, la détection optique de polarisation permet l'évaluation distante des modifications de structure à l'intérieur de l'objectif qui sont invisibles par la représentation hyperspectral conventionnelle. La mise en place des algorithmes de réseau neuronal permet près d'à traitement d'images en temps réel basé sur les modèles numériques avancés par exemple, le modèle de peau de sept-couche que nous employons dans notre étude.

Le système développé a été employé pour indiquer les changements tôt de la microcirculation de sang de peau et de la structure de peau des patients présentant le diabète. La surface dorsale des pieds des patients a été imagée. On l'a observé que les diabétiques avaient augmenté le teneur de sang de peau et, en même temps, le niveau réduit de l'oxygène par rapport au groupe témoin de volontaires en bonne santé.

De plus, le groupe diabétique a un index accru de polarisation qui est attribué aux changements de la structure de collagène de peau. Ainsi, les résultats des études de faisabilité, ainsi que les tests réels sur des patients avec du diabète et les volontaires en bonne santé, montrent clairement la capacité de l'approche développée de différencier le diabétique et les groupes témoins.

Pourquoi le résultat est-il important et intéressant ?

Le dépistage opportun des affections cutanées provoquées par le diabète au stade précoce est essentiel. Dans les gens avec du diabète, le taux de glucose sanguin élevé endommage beaucoup de régions du corps telles que des yeux, des reins, des pattes, et des pieds. L'altération métabolique au diabète mène à l'obstruction de grandes artères mais nuit également la circulation dans des petits vaisseaux des membres inférieurs.

Ces modifications entraînent des complications, avec des ulcères de pied diabétique étant les principales. Il se produit dans 2-6% de type 1 et de 2 patients présentant le diabète au-dessus de leur vie. Si laissé non traité, les ulcères diabétiques peuvent devenir infectés et développer la nécrose profonde de tissu, qui peut exiger l'amputation.

La perte de membre par l'amputation principale est probablement la plupart de complication sévère de diabète, spectaculaire détériorant la qualité de vie et un fardeau énorme sur le système de santé. Les coûts économiques de l'amputation sont également énormes. Vu le vieillissement de la population, le nombre de patients en danger augmentera pendant la décennie prochaine.

On le sait que des lésions microvasculaires sont enregistrées déjà pendant les premières années du diabète et même aux conditions prediabetic longtemps avant que les symptômes cliniques et les complications apparaissent.

Le dépistage opportun des lésions suivies du traitement adapté permet pour renverser leur développement à l'étape, ainsi à la santé de sauvetage, à la durée, et à l'argent précliniques tôt.

Qui sont affectés par le sujet et les résultats ? Où et pour qui peuvent les résultats être d'avantage ?

Notre système est potentiellement capable pour exécuter la surveillance de la cicatrisation et des procédés de demande de règlement, y compris des ulcères de pied diabétique, des brûlures cutanées, ou des complications postopératoires liées à l'oxygénation insuffisante de tissu.

La présente étude a été concentrée sur des diabétiques. Un désavantage courant des méthodes actuelles procurables aux cliniciens pour le diagnostic des complications liées au diabète de peau est leur incapacité d'évaluer le métabolisme de tissu d'une façon non envahissante et de non contact, ainsi que de déterminer l'emplacement des zones cutanées exposées le plus probablement au développement des ulcères trophiques.

Une des voies d'améliorer la qualité du diagnostic est d'employer des méthodes optiques hyperspectral et polarisation-sensibles. Leurs avantages sont associés au non-pouvoir envahissant, à la haute résolution, et au coût bas.

Utilisant l'information obtenue par des techniques d'imagerie optiques non envahissantes laisserait recenser les patients présentant un risque accru de syndrome de pied diabétique et évaluer les endroits des membres inférieurs la plupart d'enclin le développement des défectuosités ulcéreuses.

Si les résultats change les pratiques courantes (par exemple dans le système de santé ?)

Nous n'envisageons pas un changement spectaculaire dans la pratique courante. Cependant, la technique proposée peut aider les médecins à être plus objectifs en exécutant des diagnostics et en prenant des décisions. La technique peut être à l'avenir adaptée pour l'autocontrôle des patients, qui est en conformité avec la stratégie de la santé personnalisée.

Avez-vous fait les tests cliniques avec les patients réels ?

Oui, les essais dans la clinique ont été réalisés pour 20 diabétiques et 20 volontaires en bonne santé en coopération avec nos collègues de l'université de la Lettonie, qui a aidé à dispenser les tests.

Quelle est la signification scientifique des résultats ?

Au meilleur de notre connaissance, le travail actuel est le premier qui applique l'index hyperspectrally-resolved de polarisation pour in vivo l'étude de la peau et le Monte - le Carlo diabétiques - les réseaux neuronaux artificiels qualifiés pour traiter les caractéristiques hyperspectral de mesure. Les paramètres diagnostiques proposés ont pu servir de biomarqueurs des complications liées au diabète.

Ils peuvent également être employés pour évaluer la prévention visée par procédures thérapeutiques ou renverser des complications liées au diabète. Nos résultats peuvent faciliter le développement des applications biomédicales de la représentation hyperspectral et donner un sens neuf dans les études des maladies relatives à l'âge.

Besoin d'autres d'études ?

Il serait d'intérêt de réaliser les essais du système développé et de l'approche informatique pour d'autres applications cliniques appropriées mentionnées ci-dessus. Il y a également un potentiel énorme de combiner la détection de fluorescence et la représentation hyperspectral pour la représentation métabolique de peau que nous planification à l'avenir.

Dites-nous sous peu au sujet de l'équipe.

Dans notre groupe multidisciplinaire de Biophotonics aux techniques élément d'optoélectronique et de mesure, nous développons les outils et les méthodes de photonics qui peuvent être employés pour la détection et la caractérisation des tissus, des organes, ou des cellules biologiques.

La représentation Hyperspectral est l'une des techniques que nous envisageons de promettre pour la traduction rapide des laboratoires aux hôpitaux et des cliniques pendant la décennie suivante. La recherche sur ce sujet dans notre groupe a été commencée il y a six ans et a été supportée par plusieurs concessions, y compris le financement principal à partir de l'Académie de la Finlande.

Il est également à noter que la ville d'Oulu soit mondiale célèbre pour accueillir plusieurs compagnies produisant le matériel hyperspectral supérieur qui a été utilisé dans l'étude actuelle.

Je voudrais reconnaître Timo Hyvarinen et Katja Lefevre de SPECIM, Spectral Imaging Ltd., Finlande pour fournir leur matériel pour le bilan ainsi que les remarques de commentaire et critiques constructives liés à l'étude, professeur Alexandre Bykov de complément conclut.

Source:
Journal reference:

Dremin, V., et al. (2021) Skin complications of diabetes mellitus revealed by polarized hyperspectral imaging and machine learning. IEEE transactions on Medical imagining. doi.org/10.1109/TMI.2021.3049591.