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Nuovo approccio diagnostico per valutare le complicazioni dell'interfaccia dei diabeti melliti

Il gruppo di ricerca pluridisciplinare ha pubblicato la loro ricerca “complicazioni dell'interfaccia dei diabeti melliti rivelarici recentemente dalla rappresentazione e dall'apprendimento automatico hyperspectral polarizzati„ nelle transazioni di IEEE sull'immaginazione medica.

Nella pubblicazione, utilizzante alla la tecnologia basata a fotoniche emergente, le soluzioni innovarici in apprendimento automatico e le caratteristiche fisiologiche definitive, ricercatori introducono un approccio diagnostico capace di valutazione delle complicazioni dell'interfaccia dei diabeti melliti nella fase molto precedente.

In questo lavoro, abbiamo realizzato una convalida clinica della nostra unità ottica e di un metodo che abbiamo sviluppato nel telaio dell'accademia del progetto della Finlandia.

Il metodo permette la rilevazione senza contatto delle complicazioni possibili dell'interfaccia del diabete ad una fase iniziale come pure realizzare la selezione della vasta popolazione, dice il professor Alexander Bykov dell'aggiunta dall'università di Oulu che spiega più dettagliatamente la ricerca nelle risposte qui sotto.

Che cosa è il risultato chiave?

Abbiamo sviluppato ed eseguito una prova clinica di un compatto, unità ottica portatile per la caratterizzazione funzionale senza contatto di interfaccia umana. L'unità può misurare a distanza le mappe spaziali del livello dell'ossigeno di sangue, contenuto di sangue e valutare i cambiamenti in struttura del collageno dell'interfaccia.

Per raggiungere questa, la rappresentazione hyperspectral e la polarizzazione che percepiscono le tecnologie si combinano insieme e sono accompagnate con gli algoritmi avanzati di trattamento del segnale basati sulle reti neurali artificiali.

La rappresentazione Hyperspectral è una tecnica che unisce la rappresentazione e la spettroscopia convenzionali. Inizialmente sviluppato come un satellite complesso o a sistema basato a aerei, la tecnologia definitivo si è evoluta in uno strumento compatto della rappresentazione che può essere usato per medico, industriale ed in altre applicazioni pertinenti.

Facendo uso di questa tecnologia, sia le informazioni spaziali che spettrali di un oggetto possono essere acquisite. 3D l'immagine ottenuta (due spaziali ed una dimensione spettrale) consiste bande circa di cento o più spettrali per ogni pixel misurato di un oggetto. Questi informazioni spettrali e spaziali precise permettono all'analisi dettagliata di tutto l'oggetto o ambiente.

Dall'altro lato, la percezione ottica di polarizzazione permette la valutazione remota dei mutamenti strutturali dentro l'oggetto che sono non visti dalla rappresentazione hyperspectral convenzionale. L'entrata in vigore degli algoritmi della rete neurale permette vicino all'immagine in tempo reale il trattamento basato sui modelli numerici avanzati per esempio, il modello che dell'interfaccia del sette-livello utilizziamo nel nostro studio.

Il sistema messo a punto è stato usato per rivelare i cambiamenti in anticipo nella microcircolazione di sangue dell'interfaccia e per pelare la struttura dei pazienti con il diabete. La superficie dorsale dei piedi dei pazienti è stata imaged. È stato osservato che i pazienti diabetici avevano aumentato il contenuto di sangue dell'interfaccia e, allo stesso tempo, il livello diminuito dell'ossigeno rispetto al gruppo di controllo dei volontari sani.

Inoltre, il gruppo diabetico ha un indice analitico aumentato di polarizzazione che è attribuito ai cambiamenti in struttura del collageno dell'interfaccia. Quindi, i risultati degli studi di fattibilità come pure le prove reali sui pazienti con il diabete ed i volontari sani, mostrano chiaramente la capacità dell'approccio sviluppato di differenziare il diabetico ed i gruppi di controllo.

Perché è il risultato importante ed interessante?

La rilevazione tempestiva dei disordini dell'interfaccia causati dal diabete alla fase iniziale è cruciale. Nella gente con il diabete, il livello elevato del glucosio di sangue danneggia molte aree dell'organismo quali gli occhi, i reni, i cosciotti ed i piedi. Le alterazioni metaboliche al diabete piombo all'ostruzione di grandi arterie ma egualmente altera la circolazione in piccole imbarcazioni delle estremità inferiori.

Questi cambiamenti causano le complicazioni, con le ulcere diabetiche del piede che sono quello principale. Si presenta in 2-6% del tipo 1 e di 2 pazienti con il diabete sopra la loro vita. Se lasciato non trattato, le ulcere diabetiche possono essere infettate e sviluppare la necrosi profonda del tessuto, che può richiedere l'amputazione.

La perdita dell'arto con l'amputazione principale è probabilmente la complicazione più severa del diabete, drammaticamente deteriorando la qualità di vita e un carico tremendo sul sistema sanitario. I costi economici dell'amputazione sono egualmente enormi. Dato la popolazione di invecchiamento, il numero dei pazienti al rischio aumenterà di decade imminente.

È conosciuto che le lesioni microvascolari sono registrate già durante i primi anni del diabete e perfino alle circostanze prediabetic molto prima che i sintomi e le complicazioni clinici compaiano.

La rilevazione tempestiva delle lesioni seguite dal trattamento appropriato permette di invertire il loro sviluppo nella fase, così nella salubrità di risparmio, nella vita e nella moneta precliniche in anticipo.

Chi sono influenzati tramite l'argomento ed i risultati? Dove e per cui possono i risultati essere del vantaggio?

Il nostro sistema è potenzialmente capace eseguire il video dei trattamenti di guarigione e del trattamento della ferita, compreso le ulcere diabetiche del piede, le ustioni dell'interfaccia, o le complicazioni postoperatorie connesse con l'ossigenazione insufficiente del tessuto.

Lo studio presente è stato messo a fuoco sui pazienti diabetici. Uno svantaggio comune dei metodi correnti disponibili ai clinici per la diagnosi delle complicazioni diabetiche dell'interfaccia è la loro incapacità di valutare il metabolismo del tessuto in un modo non invadente e senza contatto come pure di determinare la posizione delle aree dell'interfaccia il più probabilmente esposte allo sviluppo delle ulcere trofiche.

Uno dei modi migliorare la qualità della diagnosi è di usare ai i metodi ottici hyperspectral e polarizzazione sensibili. I loro vantaggi sono associati con non invasività, l'alta risoluzione ed il basso costo.

Facendo uso delle informazioni ottenute con i metodi ottici non invadenti della rappresentazione concederebbe identificare i pazienti con un rischio aumentato di sindrome diabetica del piede e valutare le aree delle estremità inferiori la maggior parte del incline lo sviluppo dei difetti ulcerosi.

Se i risultati cambiano le pratiche correnti (per esempio nel sistema sanitario?)

Non prevediamo un cambio spettacolare nella pratica corrente. Tuttavia, la tecnica proposta può aiutare i medici ad essere più obiettivi nell'esecuzione delle diagnosi e nel prendere le decisioni. La tecnica può in futuro adattarsi per il monitoraggio dei pazienti, che è in conformità con la strategia della sanità personale.

Avete effettuato le prove cliniche con i pazienti reali?

Sì, le prove nella clinica sono state eseguite per 20 pazienti diabetici e 20 volontari sani in collaborazione con i nostri colleghi dall'università di Lettonia, che ha contribuito ad organizzare le prove.

Che cosa è il significato scientifico dei risultati?

Al meglio della nostra conoscenza, l'attività in corso è quella prima che applica l'indice analitico hyperspectrally-risolto di polarizzazione per in vivo lo studio di interfaccia e Monte - Carlo diabetici - le reti neurali artificiali preparate per elaborare i dati hyperspectral di misura. I parametri diagnostici proposti hanno potuto servire da biomarcatori delle complicazioni diabetiche.

Possono anche essere usati per valutare impedire puntato su procedure terapeutiche o l'inversione delle complicazioni diabetiche. I nostri risultati possono facilitare lo sviluppo delle applicazioni biomediche della rappresentazione hyperspectral e dare una nuova direzione negli studi sulle malattie relative all'età.

Esigenza di ulteriori studi?

Sarebbe di interesse eseguire le prove del sistema messo a punto e dell'approccio dell'elaborazione dei dati per altre applicazioni cliniche pertinenti dette precedentemente. C'è egualmente un potenziale enorme di combinazione la percezione della fluorescenza e della rappresentazione hyperspectral per la rappresentazione metabolica dell'interfaccia che pianificazione in futuro.

Dicaci presto circa il gruppo.

Nel nostro gruppo pluridisciplinare di biofotonica alle tecniche di misura unità e dell'optoelettronica, mettiamo a punto gli strumenti ed i metodi di fotonica che possono essere usati per la percezione e la caratterizzazione dei tessuti, degli organi, o delle celle biologici.

La rappresentazione Hyperspectral è una delle tecniche che studiamo la possibilità di promettere per la traduzione veloce dai laboratori agli ospedali e dalle cliniche durante la decade prossima. La ricerca su quell'argomento nel nostro gruppo è stata iniziata sei anni fa ed è stata supportata da parecchie concessioni, compreso il finanziamento principale dall'accademia della Finlandia.

È egualmente notevole che la città di Oulu è famosa universalmente per l'ospitalità delle parecchie società producendo la strumentazione hyperspectral di alto livello che è stata utilizzata nello studio corrente.

Vorrei ringraziare Timo Hyvarinen e Katja Lefevre da SPECIM, rappresentazione spettrale la srl, Finlandia per la fornitura della loro strumentazione per la valutazione come pure le osservazioni critiche costruttive e di osservazione relative allo studio, il professor Alexander Bykov dell'aggiunta conclude.

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.